Pe măsură ce încep să apară stațiile de alimentare cu hidrogen, inclusiv cea de la Shell care se deschide lângă Londra, Toyota îşi pune la dispoziţie pe scară mai largă vehiculul cu motor cu combustie pe bază de hidrogen Mirai, iar topitorii de minereu de fier privesc hidrogenul ca agent alternativ de reducere (mai degrabă decât cărbunele) care nu include carbon. S-ar părea că acest important transportator de energie începe să-și contureze potențialul.
Energia finală (adică energia utilizată) pusă în uz astăzi înseamnă mai puţin de 20% electricitate, fiind în mare parte dictată de nevoia de a transporta, de a stoca și de a folosi energia la distanţă şi fără contact direct cu punctul de producție. Vehiculele reprezintă un exemplu comun al acestei situații, cu cerința de a le alimenta în mișcare. În timp ce stocarea energiei electrice se acumulează cu baterii, hidrogenul oferă o variantă alternativă care oferă o mare parte din flexibilitatea pe care am ajuns să ne bazăm în cazul combustibililor lichizi.
Hidrogenul oferă, de asemenea, posibilitatea de a furniza căldură intensă foarte rapid într-o zonă limitată, așa cum se impune în cazul diverselor procese industriale. Din aceste motive și întrucât societatea dorește să se îndepărteze de utilizarea directă a combustibililor fosili în scopul reducerii emisiilor de dioxid de carbon sau pur și simplu trebuie să sporească sistemul energetic cu alți transportatori, hidrogenul nu ar trebui ignorat.
Producția de hidrogen are loc în trei moduri. Primul este ca produs secundar din anumite procese industriale (de exemplu, fabricarea clorului). Când am început să lucrez prima dată într-o rafinărie Shell, a trebuit să urmăresc funcționarea instalaţiei de platformare, o unitate care mărește numărul octanic al naftei prin crearea de compuși ciclici (aromatici). Aceştia au un conținut de hidrogen mai scăzut decât moleculele cu catenă liniară, astfel că hidrogenul este un produs secundar. În cea mai mare parte, această sursă de hidrogen este utilizată integral, fie în cadrul altor procese din rafinării, fie în instalațiile învecinate.
Al doilea mod este reformarea cu abur a gazelor naturale, care produce hidrogen și dioxid de carbon. Majoritatea hidrogenului industrial este produs la ora actuală la nivel global prin această metodă. Dioxidul de carbon este relativ pur și poate fi utilizat sau capturat și stocat, ceea ce face procesul foarte eficient din punct de vedere al emisiilor de carbon. În rafinăria Shell din Olanda, un anumit dioxid de carbon din unitatea de producție a hidrogenului este vândut la serele locale pentru a asigura condițiile îmbunătățite de creștere necesare. În Alberta, Canada, sunt capturate și stocate geologic un milion de tone de dioxid de carbon pe an din unitatea de hidrogen a rafinăriei Shell Scotford.
În cele din urmă, hidrogenul poate fi produs prin electroliza apei, un experiment pe care aproape toată lumea l-a făcut la ora de chimie la școală. Această variantă este susţinută de simpatizanţii energiilor regenerabile, deoarece poate asigura energie electrică gata de folosire atunci când producția de energie eoliană și solară depășește cererea, situație cu care multe rețele se pot confrunta, pe măsură ce pătrunderea energiei regenerabile atinge niveluri foarte ridicate. Însă acest proces suferă de o eficiență relativ scăzută, cu doar câteva procente din hidrogenul global produs prin această variantă. Generarea de hidrogen prin electroliză prezintă o eficienţă (în mod optim) de aproximativ 60%, astfel că se pierd două treimi din energia admisă. Acest lucru poate fi îmbunătățit într-o oarecare măsură dacă se folosesc metode de recuperare a căldurii.
Economia variantei de electroliză poate fi dificilă, mai ales dacă se bazează pe surplusuri de energie regenerabilă, care nu vor fi întotdeauna disponibile. Acest lucru ar face ca electrolizorul să funcţioneze în gol sau să trebuiască să utilizeze electricitatea generată cu un anumit scop. Mai mult, cele mai multe electrolizoare curente evacuează oxigenul care este produs, ceea ce reprezintă o irosire a energiei din punctul de vedere al eficienţei și explică de ce procesul nu poate avea decât un randament de 60% dacă hidrogenul este singurul produs generat.
Industria globală de oxigen este foarte vastă; în prezent, se referă la peste 500 milioane de tone pe an, industria metalurgică fiind cel mai mare consumator. Oxigenul este fabricat de obicei prin distilarea criogenică a aerului. În contextul unei economii de hidrogen bazate pe electroliză, mai degrabă decât pe reformarea cu abur a gazelor naturale, producția de oxigen ar fi semnificativă. Potrivit Toyota, Mirai consumă 0,76 kg de H2 la 100 km. Folosind aceste numere ca bază, o flotă de 200 milioane de vehicule pe bază de hidrogen ar putea consuma 23 de milioane de tone de hidrogen pe an, care, atunci când sunt produse prin electroliză, ar genera în jur de 180 de milioane de tone de oxigen sau aproximativ o treime din cererea actuală. Acest lucru presupune, desigur, existenţa unui sistem de captare şi transport eficient.
O producție semnificativă de oxigen poate beneficia și de o altă fațetă a unui sistem energetic care se străduiește să genereze emisii nete-zero. Biomasa ar putea fi utilizată pentru producerea de energie, dar într-un sistem de combustie cu oxigen (adică arderea biomasei cu oxigen pur, mai degrabă decât cu aer care include 79% azot). Aceasta înseamnă că gazele reziduale ar include, în principal, dioxid de carbon, ceea ce, la rândul său, ar conduce la o captură și o depozitare mai simplificate. Aceasta ar putea reprezenta o importantă tehnologie de emisii negative în suma netă zero pentru economia în ansamblu.
Economia de hidrogen oferă multe oportunități noi și ne bucurăm să vedem că începe să progreseze. Stația de alimentare cu hidrogen Shell care a fost deschisă la Cobham deţine un electrolizor pentru a-și produce hidrogenul, electricitatea provenind de la o sursă verde certificată. Aceasta este prima dintre cele trei stații de hidrogen pe care Shell intenționează să le deschidă în Marea Britanie în 2017.
Sursa: https://blogs.shell.com
Foto: freepik
