Dr. ing. Cristian Călin, manager tehnic gaz, coordonatorul proiectului 20HyGrid:
Hidrogenul este un gaz curat, sigur de utilizat și are un potențial imens de a furniza energie verde pentru industrie, transport și pentru încălzirea locuințelor
Delgaz Grid, compania de distribuție a grupului E.ON în România, și-a asumat, în premieră în țara noastră, realizarea primului proiect care are ca obiectiv testarea încălzirii sustenabile a locuințelor pe baza unui amestec de gaze naturale (80%) și hidrogen (20%). Proiectul denumit 20HyGrid se desfășoară în perioada noiembrie 2022 – octombrie 2024 și urmărește să demonstreze că, din punct de vedere tehnic, este posibilă și sigură adăugarea de hidrogen, în proporție de 20% din volum, în rețelele de distribuție și instalațiile de utilizare a gazelor naturale existente în România. Instalațiile de utilizare ale consumatorilor și elementele componente ale sistemului de distribuție nu vor fi modificate pentru acest proces. Rezultatele proiectului vor servi drept model de bună practică pentru viitoarele proiecte și pentru utilizarea hidrogenului în diferite domenii, inclusiv pentru încălzire, prepararea apei calde menajere și a hranei.
1. În ultima perioadă auzim tot mai mult de hidrogen în discuțiile din zona energetică și numai. Ce este hidrogenul și care este legătura cu energia?
Hidrogenul este cel mai comun element din univers; de exemplu, stelele sunt formate în cea mai mare parte din hidrogen, deci nu este ceva nou și, cu siguranță, nu este o „invenție”. Hidrogenul este un gaz sigur și curat care nu are miros și culoare. A fost descoperit încă din secolul XVIII-lea. Hidrogenul și energia au o istorie comună îndelungată. Poate nu multă lume știe că primul motor cu ardere internă nu funcționa cu benzină, ci cu un amestec de hidrogen și oxigen, aceasta în urmă cu peste 200 de ani. În România folosim hidrogenul de mai bine de 100 de ani în industria chimică, deci este un gaz cunoscut și știm cum să îl gestionăm, respectiv utilizăm.
De regulă, hidrogenul nu se găsește ca atare în natură, liber, sub formă de moleculă de hidrogen, ci în combinație cu alte elemente. De curând, însă, cercetătorii francezi de la FDE (La Française d’Energie) au descoperit în bazinul Lorenei un depozit uriaș de hidrogen nativ sau alb. Îl găsim peste tot în jurul nostru, în gazul metan, alături de carbon, în apă împreună cu oxigenul, în compuși cu sulf, ca să dau doar câteva exemple. Ce legătură are asta cu energia? Păi, are! Îl putem extrage în cantități imense din apă, separându-l de oxigen, folosind în acest scop electricitate din surse regenerabile – electricitate verde. Avem, astfel, un gaz curat și verde, pe care îl putem stoca și transporta când și unde este nevoie. Și, cel mai important, atunci când îl ardem, nu emite dioxid de carbon și aproape nicio altă formă de poluare atmosferică, ci doar apă. Hidrogenul are un potențial imens de a furniza energie verde pentru încălzirea locuințelor, pentru industrie și transport.
Amestecând hidrogen cu gaze naturale, într-o primă etapă, “înverzim” gazele naturale, creăm mai rapid o piață a hidrogenului și contribuim la dezvoltarea energiei regenerabile de care avem nevoie pentru producerea lui.
2. De ce trebuie să folosim hidrogenul la încălzire?
Gazul natural este un combustibil fosil care produce emisii de gaze cu efect de seră atunci când este ars. În 2020, încălzirea imobilelor și a apei au reprezentat patru cincimi (78%) din totalul consumului de energie în gospodăriile din Europa. Aceasta înseamnă că o proporție semnificativă a emisiilor provine din încălzirea locuințelor noastre bazată în mare măsură pe combustibili fosili, în România circa 3 milioane de locuințe fiind încălzite cu centrale termice pe gaz, de exemplu. Pentru reducerea emisiilor la zero, până în 2050, trebuie să găsim alte surse de combustibil care produc emisii mai scăzute sau zero.
Un exemplu: în Țările de Jos există deja case încălzite cu hidrogen (100%), acesta înlocuind gazul natural dintr-o conductă existentă, pentru prima dată în această țară. Proiectul pe cinci ani (2018–2023) al operatorului local de gaz și electricitate implică apartamente dintr-un bloc rezidențial din Rotterdam și demonstrează că hidrogenul cu zero carbon poate ajuta la decarbonizarea încălzirii.
Hidrogenul este deci o alternativă importantă care ne poate aduce mai aproape și mai repede de obiectivul de a atinge intele climatice și de a ne conserva lumea.
În acest scop, infrastructura de gaze naturale a țării noastre, însumând circa 70.000 de kilometri, este crucială. Această infrastructură (care, în anumite condiții tehnice, poate fi convertită la rețele pregătite pentru hidrogen 100%) poate transporta cea mai mare cantitate de hidrogen la cele mai mici costuri, comparativ cu alte soluții de transport (rutier, naval, sub forma de compuși chimici). Ca urmare, este o soluție fezabilă pentru decarbonizarea pe termen lung a sectoarelor economiei.
Trecerea la sisteme de încălzire sustenabile va fi însă un proces de durată, iar centralele pe hidrogen, alături de pompele de căldură și sistemele alternative de termoficare – apele geotermale etc., sunt printre cele mai promițătoare soluții la momentul de față pentru încălzirea sustenabilă a locuințelor. Nu este posibilă pe termen mediu și chiar lung încălzirea locuințelor doar cu pompe de căldură, în principal pentru că rețelele de electricitate din România nu au fost proiectate pentru a susține încălzirea a milioane de locuințe, iar apoi din perspectiva costului ridicat al acestora.
Hidrogenul gazos se poate produce la scară mare prin procesul de electroliză a apei, alimentat de energia regenerabilă produsă eolian, solar, hidro etc. și apoi stocat, pregătit pentru utilizare. De acolo, prin conductele de transport și distribuție, poate fi transportat eficient către stațiile de amestecare a gazelor naturale și hidrogenului și, ulterior, către punctele de ardere – CET-uri de cartier, de zonă, centrale de bloc, case/apartamente etc. – pentru a încălzi locuințele consumatorilor. Tranziția nu este una complicată, deoarece, în funcție de starea tehnică și de îndeplinirea condițiilor de conversie, se poate utiliza infrastructura existentă de gaze naturale.
Pe de altă parte, hidrogenul ar putea fi soluția pentru a debloca cantități imense de energie regenerabilă. În zilele deosebit de însorite și cu vânt, multe parcuri eoliene și solare trebuie să reducă și, uneori, chiar să suspende producția, pentru ca rețeaua de electricitate să nu devină supraîncărcată. Producţia de hidrogen ar face posibil ca aceste facilități de producție să continue să funcționeze și ca energia verde produsă să fie transformată și folosită pentru procese industriale, mobilitate și încălzire. Deci, în loc să se piardă energia electrică regenerabilă produsă suplimentar și care nu poate fi preluată de sistemul energetic național, aceasta se poate transforma în hidrogen verde. Acest lucru ar permite României să valorifice mai mult din resursele sale regenerabile și, de asemenea, să își asigure independența energetică pe termen lung.
3. Este hidrogenul periculos?
Orice tip de combustibil are un grad de risc dacă nu este manipulat corect și nu se respectă regulile de utilizare. Chiar și atunci când alimentezi mașina cu benzină, la pompă, este un risc, dacă nu respecți anumite reguli.
Hidrogenul verde s-a dovedit a fi la fel de sigur ca și alți combustibili precum gazul natural, amestecul din butelia de aragaz, benzina și motorina, într-o multitudine de situații.
declară Dr. ing. Cristian Călin
Spre exemplu, acesta este mult mai ușor decât alți combustibili reducând foarte mult riscul de aprindere la nivelul solului. Este de 14 ori mai ușor ca aerul și de 57 de ori mai ușor decât vaporii de benzină. Aceasta înseamnă că atunci când este eliberat, hidrogenul se va ridica și se va dispersa rapid.
Hidrogenul degajă o căldură radiantă mai mică decât benzina convențională, ceea ce înseamnă că aerul din jurul flăcării de hidrogen nu este la fel de fierbinte ca în jurul unei flăcări de benzină. Prin urmare, riscul de incendii secundare cu hidrogen este mai mic.
Nici comparativ cu gazul metan hidrogenul nu implică riscuri fundamental diferite.
În Germania, de exemplu, în anii ’60, populaţia s-a încălzit, fără probleme, cu gaze de cocserie sau gaz orășenesc (obținut la gazeificarea cărbunelui) care conținea peste 55% hidrogen, utilizând conducte din materiale mult inferioare celor de azi. Cu atât mai mult, putem face acest lucru azi, după 60 de ani, când avem materiale ;i tehnologii superioare.
Tehnologiile pentru manipularea în siguranță a hidrogenului au fost vreme îndelungată un apanaj, de ultimă generație, al aplicațiilor industriale. În prezent, însă, pentru transportul rutier, feroviar și pe apă, transportul prin conducte, depozitarea temporară în depozite de gaze sub presiune sau lichefiate, manipularea sigură a hidrogenului nu mai pune probleme deosebite.
4. Este hidrogenul mai scump decât gazele naturale? Trebuie să schimbăm aparatele?
Hidrogenul verde, care se produce folosind energie regenerabilă, este în prezent mai costisitor, deoarece se produce cu energie electrică al cărui cost încă este destul de mare și nu este stabil. Deja, hidrogenul verde devine tot mai competitiv pe piață, iar odată cu creșterea producției de energie regenerabilă vor exista premise pentru ca prețul lui să scadă la un nivel comparabil cu cel al gazele naturale.
O prognoză optimistă este că trecerea la încălzirea cu hidrogen va începe să aibă loc în următorii 10 ani. Deci, nu se va pune prea curând problema costurilor pentru consumatori.
O veste bună este că, pe termen mediu, până la depășirea unui procent de 30% hidrogen în amestec cu gaze naturale, nu va fi necesar să înlocuim instalațiile și aparatele din casă. Conform rezultatelor studiilor și proiectelor pilot realizate la nivel european, între 20-30% hidrogen este nivelul la care clienții nu sunt afectați în niciun fel de modificarea compoziției gazului.
Acesta este și obiectivul nostru, ţinând cont de particularitățile din România, de a arăta că este fezabil și sigur să transportăm amestecul de hidrogen și gaze naturale pe rețelele actuale și să-l utilizăm în locuințele noastre la aparatele pe care le folosim în prezent.
5. S-au mai făcut astfel de teste cu amestec de gaz și hidrogen în alte țări? Ce expertiză are Delgaz Grid? Ce veți face mai exact la clienți acasă?
Dacă ne referim doar la Europa, o multitudine de astfel de proiecte au fost deja derulate în Germania, Olanda, Anglia, Franța etc. Echipa tehnică de proiect a Delgaz Grid a analizat mai multe proiecte realizate în Germania, cu 10%, 20% și 30% hidrogen în amestec cu gaze naturale. Toate rezultatele au fost conform așteptărilor.
De exemplu, în decembrie 2021, filiala E.ON Avacon din Germania a început să adauge până la 20% hidrogen la o subrețea din Saxonia-Anhalt. Proiectul comun al Avacon și al Asociației Tehnice și Științifice Germane pentru Gaze și Apă (DVGW) este menit să demonstreze că este posibil, din punct de vedere tehnic, alimentarea cu hidrogen într-o rețea de gaz existentă la un procent semnificativ mai mare decât era prevăzut anterior în regulile tehnice ale DVGW. Dispozitivele și sistemele nu trebuie modificate pentru acest proces. Rezultatele proiectului servesc drept model pentru viitoarea utilizare a hidrogenului în rețelele de distribuție a gazelor.
Germania chiar a introdus în legislație posibilitatea de a utiliza un procent de 20% hidrogen în gaze naturale și pentru procentul de până la 30% legislaţia este în curs de modificare, deoarece nu sunt necesare nici un fel de modificări asupra rețelei sau a aparatelor de utilizare ale consumatorilot și nici nu apar diferenţe în ceea ce privește siguranța utlizării.
Specialiştii noștri, care vor efectua testele la clienți acasă, au acumulat experiența și competențe pentru efectuarea testelor, în cadrul instruirii efectuate in Germania, unde au testat la DVGW/EBI (Der Deutsche Verein des Gas und Wasserfaches/EBI Engler Bunte Institute) amestecuri de gaze naturale cu diferite adaosuri de hidrogen pe diferite sisteme de ardere: centrale termice, convectoare, aragaze, arzătoare din sobe de încălzit și gătit.
De exemplu, a fost testat un arzător de sobă de teracotă dus din România, vechi de peste 45 de ani, care a funcționat perfect cu amestec de gaze naturale și hidrogen chiar și la o concentrație de 40% (volum hidrogen în gaze naturale), ceea ce este cu mult peste obiectivele urmărite de proiectul companiei în România (20HyGrid), respectiv utilizarea de amestec de gaze naturale și 20% volum hidrogen. Așadar, știm exact ce facem și mergem pe un drum cunoscut.
Siguranța este pe primul loc întotdeauna în domeniul nostru. De aceea, în prima etapă, am efectuat teste în mediu controlat, în centrul nostru de instruire profesională de de la Mediaș, pe o mini-rețea de distribuție, la care am racordat și testat mai multe tipuri de aparate de utilizare existente la consumatori, pentru a ne asigura ca totul funcționează în condiții de siguranță.
De asemenea, în 6 iulie 2023 am realizat, în premieră, aceste teste într-o casă de locuit de langă Tg. Mureș, în locuința unuia dintre directorii generali adjuncți ai Delgaz Grid. S-au testat centrala termică și aragazul. Toate au funcționat foarte bune cu amestecul cu 20% hidrogen.
La clienți acasă, etapă pe care o începem curând, vom replica practic exact ceea ce am făcut în poligonul de la Mediaș, pe fiecare casă în parte. Înainte de toate vom efectua o verificare/revizie riguroasă a întregii instalații de utilizare a gazelor naturale, inclusiv a aparatelor, pentru a ne asigura că aceasta este etanșă, că nu există scăpări și funcționează corespunzător și vom remedia toate micile neconformități, dacă acestea există. Adică ne vom asigura că instalația este etanșă 100%.
După aceasta vom opri alimentarea cu gaze naturale, vom conecta la instalația de utilizare a clientului o butelie de amestec gaze naturale și hidrogen (80/20) gata pregătită și vom vehicula acest amestec prin instalație și aparate de utilizare. Vom verifica parametri de funcționare, vom măsura gazele de ardere în ordinea: teste cu gaze naturale, teste cu amestec gaze naturale și hidrogen, din nou teste cu gaze naturale, pentru a ne asigura că totul funcționează bine la revenirea pe gaze naturale și amestecul cu hidrogen nu a afectat cu nimic buna funcționare aparatelor. Testele durează câteva ore, iar după încheierea acestora vom reveni la alimentarea cu gaze naturale din rețea.
Ulterior, vom introduce amestecul atât pe rețeaua stradală (conducte și branșamente) cât și, din nou, pe instalațiile și aparatele de utilizare pentru a analiza dacă arderea/combustia la aparate este afectată de antrenarea de posibile particule de impurități (praf, rugină) sau umiditate, din conducte.
Apoi, vom repeta verificarea instalației de utilizare gaze naturale, inclusiv a aparatelor pentru a ne asigura că totul funcționează perfect. Delgaz Grid va suporta costul utilităților necesare pentru efectuarea testelor, gaze naturale, apă, electricitate.
La final, rezultatele proiectului nostru vor fi puse la dispoziția instituțiilor abilitate și a altor părți interesate din România şi vor contribui la elaborarea de reglementări tehnice în domeniul utilizării hidrogenului pe scară largă.
Despre Delgaz Grid
Delgaz Grid, compania de distribuție din cadrul Grupului german E.ON, operează o reţea de gaze naturale de 25.000 km în 20 de judeţe din partea de Nord şi de Vest a României (Cluj, Bistrița Năsăud, Maramureș, Satu Mare, Sălaj, Timiș, Arad, Bihor, Caraș-Severin, Hunedoara, Mureș, Sibiu, Alba, Harghita, Iași, Botoșani, Vaslui, Suceava, Neamț şi Bacău) şi o reţea de electricitate de peste 81.000 km în şase judeţe din Moldova: Bacău, Botoşani, Iaşi, Neamţ, Suceava şi Vaslui. De la intrarea pe piaţa locală, în anul 2005, E.ON a investit 2,1 miliarde de euro în principal pentru modernizarea reţelelor de gaze şi electricitate şi a virat către stat impozite şi taxe de 3 miliarde de euro.
