Cătălin Dragostin, expert în energie PIAROM: Să înţelegem realismul şi realitatea folosirii hidrogenului în România pentru decarbonare

Motto: ”Economics is the science of scarce resources”

Lionel Robbins, British economist 

1. Introducere

Pornind de la esenţa motto-ului introductiv, să inţelegem utilitatea si priorităţile folosirii resurselor energetice de care România nu duce lipsă, in contextul Energy Economics– ştiinţa utilizării resurselor energetice limitate.

În ultimul an şi în special în ultima vreme, o avalanşă de reglementări (dinspre Bruxelles şi mai nou şi dinspre Parlamentul României), proiecte, idei, analize, proiecte pilot cu popularizări mai ceva ca la Hollywood, dezbateri mai mult sau mai putin ştiinţifice despre rolul vital pe care urmează să-l ocupe Hidrogenul în viitorul nostru cotidian întru decarbonarea vieţii noastre, au inundat media, literatura, cu nenumărate dezbateri si conferinţe.

Hidrogenul pare a fi devenit un ”hype” (engl. = publicitate agresivă), sau un ”drog” (engl.=aproximativ acelaşi înţeles de drog), dacă nu chiar o nouă ideologie in energetică, parînd să concureze chiar cu visul omenirii – fuziunea nucleară .

Lăsînd la o parte toate acestea, să pornim de la elementele fundamentale ale problemei hidrogenului, să inţelegem ce este, la ce e bun si mai ales, la ce ne-ar folosi in primul rînd nouă romănilor, măcar pe termen scurt/mediu, înaintea altor priorităţi economice locale stringente.

Începem cu ce nu este Hidrogenul:

• hidrogenul nu este un element liber in natură, deci, nu are caracteristicile unui combustibil (natural) care poate fi colectat si folosit direct in scopuri energetice;
• hidrogenul, nefiind (direct) un combustibil, el trebuie ”fabricat” şi, ca pentru orice proces de fabricaţie, este necesară o instalaţie (electrolizorul), materie primă (apă curată) şi, nu în ultimul rînd, energie (de asemenea – curată şi multă, chiar foarte multăenergie curată. NA -vom reveni mai jos asupra noţiunii foarte importantă  de energie curată).
• În ”producţia” hidrogenului verde se realizează pierderi de energie semnificative !:
  • 30-35% din energia verde folosita la electroliză este pierdută
  • conversia H2 la amoniac induce alte pierderi de 15-25% si pregătirea pentru transportul hidrogenului si transportul insuşi induc alte 10-12% pierderi
  • utilizarea in pile d ecombustie (fuel cell-cea mai eficienta tehnologie) conduce la inca 40-45% pierderi energetice
• hidrogenul nu este ieftin.  Balanţele de materiale si energie de mai sus, dacă nu măcar bunul simţ, trebuie sa ne spună că vom avea un cost al ”produsului fabricat” (Hidrogenul) substantial (NA. Vom reveni mai jos asupra termenului foarte important substanţial) peste suma tuturor celor care au contribuit la fabricaţie cu pierderile ”legale” şi inerente de randamente.

Trebuie menţionat in acest context si faptul că scăparile de hidrogen in atmosferă (hidrogenul fiind un element mult mai uşor decît metanul), poate fi, neaşteptat,  detrimental mediului înconjurător, adică, exact opus intenţiei si scopului pentru care este promovat. Detalii pot fi analizate aici:

https://www.euronews.com/green/2022/12/29/green-hydrogen-fuel-of-the-future-has-big-potential-but-a-worrying-blind-spot-scientists-w

In final, ce este Hidrogenul ? :

• Fundamental hidrogenul este un ”vector/vehicul energetic” (engl.=energy carrier) şi nu o sursă (directă)  de energie;
• Hidrogenul poate fi şi combustibil (curat), dar numai in prezenţa aerului devine volatil altmiteri, in majoritatea cazurilor este asimilat exclusiv unui combustibil si mai puţin ca un mediu de stocare a energiei sau vector de energie (energy carrier);
• Hidrogenul este un element util, instrumental în atingerea unor obiective de decarbonare, dar este total insuficient pentru a acoperi întreaga cerere potenţială de consum;

În încheierea acestei introduceri, sunt fascinat de fascinaţia cu care este privit hidrogenul, cel puţin la noi in Romănia, de studenţi, ingineri tineri, ecologişti si politicieni mai ales, ”luaţi de valul hidrogenului”, neştiind sau uitînd că de cel puţin 40 de ani in termocentralele din România, funcţionau electrolizoare ( mai mari decit proiectele pilot din PNRR) pentru producţia de hidrogen pentru răcirea generatoarelor electrice, sau, că, hidrogenul este folosit in turbine (de gaze) de mai mult de 10 ani în unele combinate chimice, tot in România sau ca hidrogenul era folosit in combinatele petrochimice din România (care nu mai exista acum). Şi in UE dar si in România, despre hidrogen vorbesc politicienii (in primul rînd !), chimiştii, cercetătorii, fabricanţii de instalaţii specifice, utilizatorii de energie disperaţi de preţurile mari ale energiei si, foarte foarte mult, media de tot felul care intreţine cu mult succes acest curent ”spectaculos” care ”prinde la public” si dătător de speranţe pentru o energie ieftină.

2. Despre care Hidrogen este vorba ?

In continuarea analizei hidrogenului ca soluţie pentru decarbonarea economiei (a se observa că vorbim de economie şi nu de sectorul energie, după cum vom arăta mai jos), obiectivul central este hidrogenul curat (verde). 

Deci, analiza se va concentra exclusiv pe hidrogenul curat (verde), produs prin electroliză cu electricitate curată (verde) produsa la rindul ei din surse regenerabile (verzi). Restul hidrogenului de alte culori, nu este relevant pentru decarbonare.

3. La ce foloseşte şi cum decarbonează economia Hidrogenul verde ?

• De la producţie pină la utilizare, este in continuare o creştere de costuri a hidrogenului verde produs din energie verde, in plus fată de ce am explicat în Introducere;
• Se observă că principalii ”candidaţi” la decarbonare sunt cîteva industrii greu de decarbonat  precum metalurgina, chimia şi transporturile;
• Este de notat ca hidrogenul verde apare si la producţia de energie (termică si electrică), insă acestea sunt menţionate doar ca posibilităţi tehnic teoretice, dar, nu pot fi şi economice, decît in situaţii punctuale, separate de sistem (insularizate). Nu e lipsit de interes sa avem si nişte puncte de vedere ale unor experţi in energie (doar cîteva exemple)

https://www.euractiv.com/section/energy/news/austrias-new-hydrogen-strategy-slams-use-in-heating-transport/

Hydrogen heating: UK government at odds with scientists – EURACTIV.com

Hydrogen Science Coalition Hydrogen for heating? A comparison with heat pumps (Part 1) - Hydrogen Science Coalition (h2sciencecoalition.com)

Is hydrogen a realistic option for home heating? – Energy in Demand – Sustainable Energy – Rod Janssen

4. Ce condiţii sunt necesare pentru producţia de Hidrogen verde in Romănia ?

În primul rînd: e nevoie de o ”STRATEGIE ENERGETICĂ”, pînă la a vorbi de o strategie a hidrogenului verde şi, mai ales a utilizării sale (hidrogenul ar trebui să facă parte din strategia energetică si nu invers)

Nu este nevoie de o mare specializare energetică ci, mai degrabă de un bun simţ elementar pentru a înţelege problema si soluţia problemei clasice - ce a fost mai întîi, oul sau găina ?

Aşa şi în cazul de faţă: pentru a avea oul (hidrogenul verde), trebuie mai întîi să avem găina (verde) hranită cu iarbă verde ca să ne dea ouă verzi. Deci, cu alte cuvinte, pentru a exista o strategie a hidrogenului verde in Romănia, trebuie sa avem mai întîi o strategie energetică pentru ”înverzirea” electricităţii produse.  Din păcate, noi nu numai că nu avem o strategie din aceea ”normală”, dar-mite nici vorbă din aceea de ”înverzire”, în schimb mestecăm cuvinte mari despre ”mixul echilibrat de resurse energetice” din România, ce bună e Romănia din acest punct de vedere (foarte adevărat !), vorbim cu lejeritate despre hidrogenul verde fără să înţelegem că de fapt, nu înţelegem incotro ne îndreptăm.

Pentru a inţelege şi mai bine ridicolul discuţiei acum, in zilele noastre, despre  Hidrogen verde, este să citim ceea ce se prevede prin PNRR (electrolizoare nenumărate, centrale cu ciclu combinat pe gaze ”hydrogen ready” precum si celebra investiţie irakiană in CT Mintia-1100 MW ciclu combinat, de asemenea ”hydrogen ready” ?!). Întrebarea fundamentală este: de unde hidrogen, de care şi, mai ales de cînd ?. Nu se poate trece la un sistem ”verde” atunci cînd planifici aproximativ 20% din capacităţi energetice care sunt / vor fi angajate pe termen lung la utilizarea de combustibil fosil !

In consecinţă, neavînd nici o direcţie in domeniu, cineva se poate intreba legitim: de ce ne agităm atit de mult, acum,  cu hidrogenul acesta ?

Mai mult, apar si fel de fel de propuneri legislative sau OUG (de urgenţă !) pentru ”introducerea în piaţă” a hidrogenului !?...care hidrogen ?...care urgenţă...care ”piaţă” ?...cind se vede clar ca nu putem vorbi de hidrogen verde mai devreme de 2035 in cel mi bun caz...care e urgenţa ?

În al doilea rînd: in procesul trecerii la hidrogen verde a unor consumatori greu decarbonabili (”hard to abate”) trebuie respectat CRITERIUL ADIŢIONALITĂŢII (specificat şi in recomandările CE)

Ce spune acest Criteriu ? Nici o moleculă de hidrogen verde nu trebuie sa se producă înainte de satisfacerea cererii de consum a ultimului Watt electric verde !, sau, cu alte cuvinte, hidrogenul verde trebuie produs numai din capacităţi de producţie energie electrică verde adiţionale care, altminteri nu ar fi fost necesar a fi puse in funcţiune pentru consumul de electricitate verde.

Concluziile sunt simple:

1. ne trebuie mai întîi un plan de decarbonare a SEN (Sistemul Energetic Naţional), pînă la a gîndi cit hidrogen verde se poate produce, la ce ne trebuie si de cind. Cert este ca o astfel de gîndire, concret, in cazul Romăniei, realist, nu poate avea loc mai devreme de 2035.
2. sau, unele industrii, sa înceapă să-şi producă singure hidrogenul verde şi să-l utilizeze in scopuri proprii de decarbonare, sau, pur şi simplu să-l producă şi să-l vindă (evident, respectînd criteriul adiţionalităţii, adica, nici un fel de energie curata nu va fi utilizată, ca de exemplu de la Hidroelectrica, sau Nuclearelectrica – dacă considerăm această energie curată). Marea problemă a producţiei de hidrogen verde direct din electricitate regenerabilă este legată de faptul ca trebuie asigurată alimentarea constantă a electrolizoarelor, separat de Sistemul energetic, fapt ce creşte dramatic costul de producţie al hidrogenului (verde).

In al treilea rind: (si direct legat de punctul B. de mai sus) – problema larg dezbătută a stocării energiei, dar complet ignorată in Romănia, ca element esenţial in dezvoltarea hidrogenului verde

Citat dintr-un raport HYSTORIES (Hydrogen storage production) pentru CE: ”...consumul de hidrogen

este direct dependent de relaţia dintre consumul de electricitate, tipul de resurse regenerabile folosit si măsurile de flexibilitate de mari capacităţi disponibile (altele decit electroliza !), cum ar fi centralele de pompare-acumulare sau gestiunea cererii de consum (demand side management)...”

Aspectul cel mai important este ca România, prin geografia si hidraulicitatea sa,  dispune de mari resurse de stocare prin pompare-acumulare şi ar putea juca un rol important in această piaţă si in viitoarea piaţă a hidrogenului verde, dar, această resursă rămîne ignorată. Centralele de pompare acumulare sunt de departe cele mai răspîndite sisteme de stocare din lume, sunt tehnologii curate din punct de vedere al mediului, nu se degradează, au durata de viaţa peste 60 de ani, sunt disponibile, testate si, mai ales, economice in condiţiile intermitenţelor generate de regenerabile.

Este singura tehnologie de mari capacităti disponibilă in prezent.

(NA. Despre necesitatea centralelor de pompare-acumulare in România am publicat multe analize in trecutul recent)

In al patrulea rind: in buna tradiţie a autorităţilor energetice romăne - noi reacţionăm, nu acţionăm-din rîndul resurselor posibile de H2 verde, este neglijată biomasa (cu rute de conversie în H2), o resursă enormă neexploatată, pe care ne chinuim de ani buni să o şi scoatem complet din circuitul energetic, prin biomasă inţelegînd si cea silvică si cea agricolă si cea din deşeuri menajere si industriale.

Magnitudinea acestei probleme se poate estima din diagrama de mai jos (statistic, datele de la 2015 nu diferă mult de 2022, poate doar in sens negativ), unde se observă importanţa uriaşă a biomasei, în Romănia, îm contextul celor arătate anterior ref. Biomasa.

”Strategia” PNRR este de a înlocui lemnul cu gaz natural (probabil, pentru a-l inlocui si pe acesta, mai tîrziu cu hidrogen verde !?...nemaivorbind de gazul propriu-zis, utilizat si el in cantitati semnificative)

Din cele de mai sus, rezultă cu pregnanţă că a avea o strategie a hidrogenului verde, a-l produce si utiliza, in mod economic, este ceva mai mult decît a pune 2 electrozi intr-un borcan cu apă si introduce ştecherul in priză.

5. De ce vrea UE hidrogen verde ?

Se cunosc foarte bine  ţintele de decarbonare ale UE si realizarea unei economii ”carbon free”  in 2050 în interiorul întregii UE, deci, nu mai insistăm asupra acestui subiect.

Însă, este foarte important să inţelegem unde se afla Romănia in aceasta ”cursă a decarbonării şi hidrogenului verde”, să inţelegem de ce si ce face , ”nucleul dur” al UE in acest domeniu, dar, asta nu înseamnă ca şi trebuie sa urmăm ad-litteram ceea ce face ”nucleul”. Drumul între A si B nu este unic pentru toata lumea si mai sunt si ”scurtături” si, cum am spus si demonstrat din totdeauna, nu tot ce e bun in Vest, se si potriveşte in Est.

Să pornim de la nişte cifre de block-start:

Germania (prin Energiewende) îşi propune

• 40-45% din producţia de electricitate sa fie ”verde” pînă in 2025
• 55-60 % din producţia de electricitate sa fie ”verde” pînă in 2035
• 80%  din producţia de electricitate sa fie ”verde” pînă in 2050

România (in ciuda guvernărilor diverse) are deja

• 61% din producţia totală de electricitate in 2022 este produsă din surse regenerabile (nuclear inclus) , deci, România are un avans faţă de Germania de cel puţin 10 ani, insă toţi trăim cu speranţa ca actualul PNRR ”gîndit” de unul dintre Guverne, nu va reuşi sa inlocuiască 1500 MW lignit cu 4500 MW cicluri combinate pe gaz, care poluează mai mult ca lignitul si, să ne pastrăm măcar acest nivel procentual de regenerabile, fără să-l ”murdărim”.
• Partea cea mai interesantă (cunoscută de experţii din UE) este că România poate deveni total ”verde”, foarte repede, pînă in 2030-2035, dar, problema este că noi nu ştim asta sau, nu avem astfel de ambiţii (asupra acestui subiect revin mai jos, in ultimul capitol).

Cauzele statisticilor de mai sus (valabile comparativ si cu Franta, Olanda, Spania, Belgia, etc.) sunt:

• România are un consum de energie / cap de locuitor mult mai mic decît ”nucleul dur al UE”
• România are un consum industrial de energie relativ mic
• România a moştenit mari capacităţi hidro, nuclear si, mai recent, s-au instalat si eoliene si solare (la aceasta se adaugă si o ”înapoiere” prin folosirea regenerabilelor - lemn de foc- in procent semnificativ, pentru acoperirea necesarului de energie casnic)
• Potenţialul de energie regenerabilă (eolian, solar, biomasa) este semnificativ si exploatat mult sub potential (sub 50%)
• Potenţialul hidro este de asemenea neexploatat (chiar cu prevederile Natura 2000 – care nu întotdeuna sunt in concordanţă cu obiectivele de mediu !)
• Peste toate acestea, România are un potenţial de stocare de mari capacităti de peste 10,000 MW, capacitaţi cu care ar putea juca un rol major in piaţa energiei regenerabile si hidrogenului.

Parţial, din aceste motive de mai sus, cităm dintr-un raport al strategiei UE pentru hidrogen verde, cam cum va arăta viitorul UE şi, mai ales ce si cum se urmăreşte.

Se observă cu uşurinţă ca:

• Întreaga ”ideologie” a hidrogenului verde se bazează pe necesitatea asigurării cu orice preţ a acestei resurse curate de energie pentru ”nucleul dur” (industrializat) al UE. Fără aceasta, va fi foarte greu, dacă nu chiar imposibil, pentru acesta să atingă ”ţintele” ideologice ale UE de ”Carbon 0” in 2050.
• In cazul de mai sus, s-ar putea interpreta că, dupa mărimea prognozată a capacităţii de export spre Vest, numai Ungaria pare a fi destinaţia principală in contextul european, pentru hidrogenul in exces produs in România
• România va avea un rol marginal, si la propriu si la figurat, intrucit, rolul său va fi doar de ”furnizor de resurse (hidrogen verde)” si nicidecum de mare consumator
• Traseul de producţie-export, prevede exact aceleaşi rute ca ale gazelor naturale din prezent si, din acest motiv, auzim o mulţime de sfătuitori, consultanţi care prevăd un mare viitor României in domeniul hidrogenului verde, cu apariţia unor nenumărate ”hydrogen valleys”, Dunărea ajunge sa fie un ”drum verde al hydrogenului” spre inima Europei, etc., etc.

Se observă că:

• Suntem la intersecţia a 3 sisteme, dar, nu este clar dacă si cum putem valorifica această oportunitate unică (nu am auzit nimic public despre aceasta, sau, poate nici nu inţelegem noi asta, lucrurile fiind foarte subtile si adînci ?!)
• În Romănia, deja sunt firme (ex. Delgaz), care ”experimenteaza” introducerea a 20% H2 in reţelele de gaz locale (si, se face mare tam-tam prin presă si diverse forumuri, de parcă asta ar fi o mare problema tehnică !?). Însă, se ridică intrebările legitime:
  • De ce ar face Delgaz asta astăzi ? (s-a demonstrat deja mai sus, ca, hidrogenul verde produs in România, nu poate fi disponibil mai devreme de 2035)
  • Deci, de unde hidrogen verde ? şi, nu mai e timp destul pentru ”teste” pînă in 2035 ?
  • Fiind evidentă imposibilitatea asigurarii hidrogenului verde, trebuie interzisă introducerea de hidrogen in reţelele (comerciale)  de distribuţie a gazului, in baza CRITERIULUI ADIŢIONALITĂŢII explicat mai sus !...Teste in scop de cercetare se pot face, fără probleme, dar nu in reţele comerciale si cu scop comercial.

Din toate cele de mai sus arătate şi din toate ”acţiunile” României in domeniul regenerabilelor si hidrogenului verde, se distinge o incoerenţă evidentă, intenţionată sau din incompetenţă, sau, mai popular cum zic romănii -  punem caru inaintea boilor – fiind grijulii mai degrabă cu folosirea hidrogenului fără să il avem, decît mai intîi,  cum să-l facem (doar dacă nu intenţionăm să-l importăm si pe acesta, poate din Azerbaidjan).

Dacă vom căuta similitudini intre gaz si hidrogen (verde), nu putem să nu constatăm că, aşa cum am ratat mari oportunităti cu resursa noastră – gazul natural – de a deveni ”hub energetic ” (cuvînt mult indrăgit de politicieni, dar, deloc înţeles), tot aşa, ne indreptăm si spre ”eşecul hidrogenului verde”.

Toate acestea se vor întîmpla datorită lipsei oricărei gîndiri si strategii energetice, conform Motto-ului de la inceputul acestei analize

Lipsa unei strategii, asumate si urmărite, ar elimina o mare parte din ”terenul de joacă” al multor jucători, mai mult sau mai puţin interesaţi in anumite domenii, de a exploata resurse si oportunităţi.

6. Cum ar putea deveni România ”verde” pînă in 2035 si de ce ?

Nu stim ce prevede strategia Româneasca, nici a energiei si nici a hidrogenului verde, dar, ceea ce cunoaştem cît de cît este ca Strategia EU a hidrogenului verde preconizează urmatoarele consumuri.

În 2050, cf. Strategiei UE, cererea de H2 in România ar fi de cca 50 TWh (dacă industrializam ceva)
In 2023, consumul de electricitate al RO a fost de 56 TWh, deci, pe linga SEN-ul actual de ”inverzit”,
ar mai trebui capacitati suplimentare de cel puţin  10,000 MWe, numai pentru consum propriu.

România insă, poate atinge acest obiectiv ”total verde”, foarte repede, intr-o strategie de valorificare, parţială a marilor resurse regenerabile de care dispune.

Structura de productie care ar acoperi consumul de exemplu, din 2022 de cca 56 TWh, va fi  astfel:

• HIDRO 6100 MW, din care 3100 MW existent, 1000 MW din PNRR si 1900 MW capacitati de finalizat
• Eoliene 8000 MW, din care 3100 MW existent, 2400 MW din PNRR si 2500 MW de instalat
• Solar 7000 MW, din care 1300 MW existent, 4000 MW prin PNRR si 2700 -2 800 MW de instalat de oricine
• CNE Cernavoda-1400 MW, daca se considera ¨curata¨ si vom extinde durata de viaţă
•  CHEAP Tarnita-Lăpuşteşti -1000 MW si CHEAP Măcin-1000 MW
• Biomasa-500 MW prevazuti in PNAER -nu s-a executat nimic ! (potenţial cogen)
•  Nu au fost considerate CHP pe gaz pentru incalziri municipale (cca. 1000 MW,care sunt nedispecerizabile), deci  nu ar intra în balanţa hidrogenului verde

Arhitectura unui SEN verde se va baza pe centrale regenerabile de bază si semibază – Nuclear-Hidro, 2 Centrale CHEAP de 1000 MW si aprox 15000 MW RES intermitente (Eolian si Solar)

Deci, întregul program de decarbonare a SEN şi atingerea obiectivului 100% verde, poate fi atins in 2035, la un cost aproximativ de 15 miliarde EUR. De remarcat faptul că intr-un astfel de scenariu – (dacă chiar intenţionăm să decarbonăm economia !) costul este sub 15 miliarde EUR, substanţial mai scăzut decit construcţia a incă 2 unităti nucleare 3 & 4, centrale SMR si circa 4500 ME cicluri combinate pe gaze, care, toate acestea nu vor realiza nici măcar transformarea SEN in total verde.

Dar, obţinerea unui SEN total verde va realiza:

• Scăderea substanţială a preţului energiei electrice (vom avea numai RES in structura de producţie energie electrică)
• Ne permite ”jocul” prin stocare in piaţa energiei electrice, intre cele 2 zone arătate mai sus
• Permite creşterea competitivităţii economiei
• Permite producţia de hidrogen verde autentic si, creşterea competitivitătii industriei noastre, prioritatea fiind utilizarea hidrogenului in primul rînd pentru consumul României si apoi pentru export, acesta fiind lanţul logic al utilizării resurselor, conform Motto ! (asta va apare şi din costurile de producţie)

Cătălin Dragostin, expert în energie în cadrul Patronatului Investitorilor Autohtoni (PIAROM) şi director Energy Serv, companie de servicii în energie.

Bibliografie:

• IRENA – Green Hydrogen, a Guide to  Policy making, 2020
• RHC (Renewable Heating & Cooling), European Technology and Innovation Platform: Renewable Hydrogen – Opportunities, limitations and threats of hydrogen for the energy transition in Europe, Position Paper, March 2023
• LCOE-LAZARD, 2023 (LCOE-Levelised Cost of Energy Technologies)
• EASE (Energy Association for Storage of Energy) – Energy Storage Targets 2030 and 2050 (Ensuring Europe Energy Security in a Renewable Energy System)
• HYSTORIES (Hydrogen Storage in European Subsurface)- Major results of techno-economic assesment of future scenarions for deployment of underground renewable hydrogen storages
• V.Koritarov, Argonne National Laboratory, USA -  Modeling and Simulation of Advanced Pumped-Storage Hydropower Technologies and their Contributions to the Power System
• SC Energy Serv SRL – analysis of Romanian power system – How to achieve Carbon neutrality
• Strategia energetica a Romaniei (proiect, 2022)