(Textul de mai jos reprezintă fragmente din analiza apărută în CRONICILE Curs de Guvernare (publicație exclusiv print, cu un conținut diferit de cel al cursdeguvernare.ro), al cărui număr 93 tocmai a apărut – în secțiunea ”Războiul timpurilor”.
Hidrogenul și planurile UE de a face din ele principala sursă de energie a viitorului? Să vedem despre ce e vorba.
Despre sumarul numărului 93 al CRONICILOR, precum și despre alte detalii privind publicația – UN LINK AICI.
Ce sunt CRONICILE – UN LINK AICI.
Redacția)
***
La începutul lunii iulie, Comisia Europeană a lansat așa-numita „Strategie a hidrogenului”: un program care urmărește fructificarea acestui potențial prin investiții, reglementare, crearea pieței (de specialitate) prin cercetare și inovare.
Cele 3 etape ale strategiei se întind pe 30 de ani și vizează pașii de la construcția unor instalații de electroliză și până la fazele de maturizare tehnologică.
Ce înseamnă asta și care sunt șansele de succes ale acestei surse de energie care are un mare hop tehnologic de trecut?
*
Cu 18 ani în urmă, și Statele Unite făceau publică o strategie pentru energia bazată pe hidrogen. Documentul este semnat de Chevron, Ford, Universitatea Princeton, Avista Labs, Air Products & Chemical Inc. și Quantum Technologie și este rezultatul eforturilor lui National Hydrogen Association. Asociația a fuzionat în anul 2010 cu U.S. Fuel Cell Council, devenind Fuel Cell and Hydrogen Energy Association. Pentru fuel cell am găsit o traducere destul de nefericită în limba română: pilă de combustie, așa că vom utiliza termenul sub forma: celulă cu combustibil sau pur și simplu baterie atunci când mă voi referi la aplicațiile care țin de mobilitate.
Hidrogenul – de la istoria problemelor tehnologice la o strategie globală de utilizare
Chiar dacă a fost considerat un gaz sau un combustibil utilizabil încă din primele decade ale secolului XX, hidrogenul a fost abandonat și înlocuit cu heliu după dezastrul de la bordul dirijabilului Hindenburg și folosit un timp pentru propulsia rachetelor, fiind prezent ca propulsor lichid în programul Apollo și în cazul rachetelor europene Ariane 5 sau utilizat ca propulsor al avionului Tupolev 155. Exemplele acestea pun însă în evidență caracterul extrem de exploziv al hidrogenului, trăgând un semnal de alarmă legat atât de stocarea lui în siguranță, cât și de controlul combustiei.
Ideea utilizării hidrogenului pentru a pune în mișcare un vehicul terestru este însă și mai veche. De altfel, primul motor cu combustie internă nu a utilizat, așa cum am fi tentați să credem, combustibil fosil, ci hidrogen.
Realizat în anul 1806 de Francois Isaac de Rivaz, acesta a motorizat un prim automobil în anul imediat următor. Cu alte cuvinte, mașina cu hidrogen nu este deloc o invenție a ultimilor ani și în timp au existat multe tentative de a construi mașini cu motor cu combustie internă a hidrogenului.
(…………………………………………………)
Din energia stocată în hidrogen sau în combustibilul fosil, motorul cu combustie convertește maximum 35% în energie mecanică. Motivul pentru care motorul cu combustie internă s-a impus ca un motor utilizând combustibil fosil l-a constituit prețul acestuia. Într-adevăr, pentru a parcurge aceeași distanță, o mașină având un motor cu combustie cu hidrogen plătea pentru combustibil un preț de circa 6-10 ori mai mare decât în cazul utilizării combustibililor fosili. Principial, motorul este același, mașina este aceeași, doar costurile diferă suficient de mult pentru a elimina motorul cu combustie cu hidrogen din joc.
Și intră în scenă mașina electrică – cu tot cu problemele ei: adică necesarul de energie electrică
Motorizarea cu hidrogen a revenit în atenție odată cu intrarea în scenă a mașinii electrice, care, ca orice dispozitiv electric mobil, are un călcâi al lui Ahile numit baterie. Bateria cu litiu s-a dovedit a fi o soluție oarecum sigură și eficientă, însă destul de scumpă. O soluție viabilă însă, lucru dovedit de abandonarea rapidă a vechilor baterii și impunerea bateriilor cu litiu-ion la nivelul majorității covârșitoare a dispozitivelor mobile. Extragerea litiului s-a dovedit însă a fi o problemă serioasă și care a dus la încetinirea producției de baterii, lucru care se observă azi în special în zona dispozitivelor care utilizează baterii mari și probabil cel mai edificator exemplu este amânarea livrărilor de automobile Tesla 3.
Pentru a intra în competiție cu combustibilii fosili există o țintă de preț indicată de Departamentul Energiei Statelor Unite, situată la 125 $/KWh. Astăzi, ea este raportată într-un studiu realizat de Bloomberg la 176 $/KWh, ceea ce pare chiar dătător de speranțe.
Numai că în același studiu este relevată tendința de creștere a prețurilor materiilor prime și ale marjelor de profit ale producătorilor de baterii. Presiunea vine simultan din partea producătorilor de electronice mobile și din cea a industriei auto. Mai mult, majoritatea producătorilor de baterii sunt astăzi în Asia, ceea ce face ca atât industria auto americană, cât și cea europeană să aibă o îngrijorare suplimentară.
Bloomberg evidenția în anul 2019 faptul că din cei 316 GWh capacitate globală de producție a bateriilor cu litiu-ion, China deține 73%, în timp ce a doua clasată, Statele Unite, doar 12%. Lucrul acesta induce o îngrijorare accentuată că un scenariu similar cu cel al petrolului sau al gazului natural se poate repeta.
Justificată frumos, ca un răspuns la încălzirea globală și la intrarea omenirii într-o eră care privește fiecare lucru prin prisma amprentei de carbon, căutarea unei resurse pentru a stoca energia electrică alternativă litiului a reînviat utilizarea hidrogenului. Nu ca un combustibil care să transforme energia stocată în el în energie mecanică, ci ca un combustibil care să permită producerea de energie electrică.
(……………………………………………………)
De la litiu la hidrogen
Pentru a înțelege diferența dintre litiu și hidrogen, să analizăm la nivel conceptual diferența dintre bateria cu ioni de litiu și cea cu hidrogen.
În cazul ionilor de litiu vorbim despre o baterie care stochează energia electrică. Ea este compusă din doi electrozi (unul realizat din oxid sau sulfat de metal și unul de carbon), o membrană care filtrează ionii de litiu și un electrolit. În cazul bateriei încărcate, litiul este fixat în anod sub formă de carbonat de litiu. La închiderea circuitului, carbonatul de litiu se descompune în grafit, ioni de litiu și electroni.
(……………………………………………………….)
Această tehnologie nu presupune o formatare a bateriei și o îmbătrânire a ei ca în cazul mediilor de stocare anterior utilizate pentru mobilitate.
Cu totul altfel stau lucrurile în cazul celulelor cu combustibil care utilizează hidrogenul. Aici nu mai vorbim despre stocarea energiei electrice ci despre producerea ei, materialul ce urmează a fi stocat fiind hidrogenul. Principiul de funcționare a celulelor cu hidrogen este reprezentat în Figura 2 și el constă în alimentarea anodului cu hidrogen care în condițiile închiderii circuitului se descompune într-un proton și un electron.
Electronii parcurg circuitul dintre anod și catod, iar protonii se deplasează prin electrolit între aceștia. La catod, un proton și un electron formează un atom de hidrogen, care se combină cu oxigenul din aer, producând în final o moleculă de apă. În menținerea acestei reacții, prezența oxigenului este esențială, dar cum vorbim despre oxigenul din aer, nu exercită nici o presiune asupra costurilor. Ce exercită o presiune asupra costurilor este producerea, transportul și stocarea hidrogenului.
Marea problemă – controlul hidrogenului
Numai că atunci când toată lumea considera celula cu hidrogen ca o idee cel mult pentru viitor, progresele realizate la nivelul cercetării științifice și tehnologice făcute ca urmare a proiectului inițiat în anul 2006 de administrația Bush „The FreedomCAR Partnership Plan” fiind dezamăgitoare, Toyota, Honda și Hyundai au anunțat în 2016 și 2017 primele modele de automobile electrice utilizând celule cu hidrogen.
Cea mai mare problemă legată de utilizarea hidrogenului pentru mobilitate o constituie stocarea acestuia. Fiind vorba despre automobile, riscul unei explozii a rezervorului de hidrogen este mare și cu consecințe dramatice.
Este și motivul pentru care cercetătorii companiilor sus-menționate s-au concentrat în primul rând pe acest aspect, în timp ce în Statele Unite s-au urmărit toate cele cinci aspecte fundamentale legate de hidrogen: producția de energie electrică utilizând hidrogenul, producția de hidrogen, distribuția hidrogenului către stațiile de alimentare, stocarea sigură a acestuia și eficiența celulelor de hidrogen. Ca urmare a acestui plan, companii importante din Statele Unite, cum ar fi Google, Coca-Cola sau FedEx, au raportat economii semnificative în ceea ce privește consumul de energie electrică staționară.
(………………………………………………)
Bătălia pentru hidrogen – de la industria auto germană la strategia europeană
Mișcarea făcută de companiile asiatice a alertat însă din nou industria americană și europeană. Odată ce bătălia pentru litiu pare pierdută, ambele zone economice fac acum un efort major de lobby pentru a nu pierde bătălia pentru hidrogen.
Industria germană de automobile a inițiat o strategie pentru hidrogen pe care, evident, o regăsim acum în proaspăt lansata strategie europeană. Astfel, pe 10 iunie este dată publicității strategia germană, iar pe 8 iulie, cea europeană.
Extrem de asemănătoare, ambele strategii vorbesc despre alocarea unor sume uriașe pentru cercetarea și dezvoltarea în domeniu și ambele vorbesc despre mediu ca principala țintă a acestor strategii. De unde se vede că următoarele elemente care intră în lupta dintre marile blocuri economice vor folosi problemele de mediu pentru a justifica reglarea problemelor de supremație în domeniul energiei și al piețelor pe anumite verticale strategice.
(………………………………………………)
***
Citiți analiza integrală în nr. 93 al revistei CRONICILE Curs de Guvernare.
Despre sumarul numărului 93 al CRONICILOR, precum și despre alte detalii privind publicația – UN LINK AICI.
Ce sunt CRONICILE – UN LINK AICI.
(CRONICILE Curs de Guvernare: un ghid de navigare prin istoria vremii tale).
