Hidrogenul ca sursă de energie

Pe multe platforme, întâmpinăm întrebări și comentarii conform cărora vehiculele electrice nu sunt de fapt o tehnologie utilizabilă, dar că problema energetică și cea climatică pot fi rezolvate renunțând sau nu la motoarele cu ardere internă. Problema climatică cu care se confruntă omenirea forțează în mod natural mulți indivizi și organizații să gândească și să acționeze pentru a găsi soluții. 

Hidrogenul, care reprezintă mai mult de 75% din masa universului, este atât cea mai logică, cât și cea mai permanentă soluție în acest sens. Totuși, ecuația hidrogenului în energie nu este atât de ușor de rezolvat pe cât cred optimiștii. Pe lângă faptul că este ușor de găsit, hidrogenul este ușor, stocabil și nu generează poluare de unul singur. Toate caracteristicile menționate până acum fac din hidrogen un candidat excelent pentru a fi sursă de combustibil. Totuși, hidrogenul nu acționează ca sursă de energie, ci mai degrabă ca purtător de energie. 

Ceea ce vreau să spun este că hidrogenul are nevoie de un proces chimic pentru a putea fi folosit ca un combustibil. Există multe metode diferite pentru a efectua acest proces chimic. În prezent, există 8 metode diferite pe care le cunoaștem pentru a obține hidrogen. A fost creată o clasificare a culorilor în funcție de metoda prin care se obține hidrogenul. Nu înseamnă că hidrogenul este colorat. Hidrogenul este un gaz incolor. Totuși, oferind un cod de culori metodei prin care hidrogenul este obținut, înțelegem cum este obținut.

1. Metode de producţie a hidrogenului 

Așa cum am menționat mai sus, hidrogen este exprimat în 8 culori diferite, adică obținut prin 8 metode diferite. Cele trei tipuri cele mai comune de hidrogen sunt hidrogenul gri, albastru și verde.

1.1. Hidrogen gri
Hidrogenul gri este în prezent cea mai comună și mai ieftină formă de producție a hidrogenului. Hidrogenul gri este folosit ca un combustibil, iar procesul nu produce emisii de gaze cu efect de seră de unul singur. Totuși există emisii de gaze cu efect de seră în procesul de producere a hidrogenului din gaze naturale. Hidrogenul gri este obținut printr-un proces numit reformare cu abur pentru a separa molecula de hidrogen de gazul natural. Producția procesului include atât emisii de hidrogen, cât și emisii de carbon. Tehnologiile cu hidrogen gri nu captează emisiile de carbon create în timpul procesului, ci sunt eliberate în atmosferă.

1.2. Hidrogen albastru
Hidrogenul albastru se bazează pe principiul separării moleculei de hidrogen de gazul natural folosind procesul de reformare a aburului. Dar acest lucru este diferit de gri prin faptul că emisiile de carbon eliberate ca proces sunt capturate și stocate, ceea ce reduce emisiile din atmosferă, dar nu le elimină. Hidrogenul albastru este uneori denumit „hidrogen cu emisii scăzute de carbon" deoarece procesul de producție nu împiedică generarea gazelor cu efect de seră, ci doar le stochează.

1.3. Hidrogenul verde
Deoarece hidrogenul verde folosește energii regenerabile în procesul său de producție, nu produce emisii pe tot parcursul ciclului său de viață, ceea ce îl face o adevărată sursă de energie curată. Este realizat prin electrolizarea apei folosind electricitate curată generată din surplusul de energie regenerabilă provenită din energia eoliană și solară. Procesul provoacă o reacție care separă apa din componentele sale de hidrogen și oxigen (H și O din H2O). Acest lucru duce la eliberarea emisiilor de carbon în acest proces. Este o alternativă excelentă la gri și albastru, dar pentru moment, principala provocare este reducerea costurilor de producție pentru a face din hidrogenul verde o alternativă cu adevărat realizabilă, regenerabilă și prietenoasă cu mediul.

Dincolo de cele trei cele mai mari tipuri de hidrogen, există și alte opțiuni de culoare.

1.4. Negru şi maro
Hidrogenul negru și maro sunt tipuri de hidrogen produse folosind cărbune. În timpul acestei producții se folosește o metodă numită gazificare. Gazificarea este procesul materialelor bogate în carbon, cum ar fi cărbunele, la temperaturi ridicate, pentru a le transforma în gaz de hidrogen. La finalul acestui proces, nu se produce doar hidrogen, ci și o cantitate mare de dioxid de carbon (CO2). În majoritatea cazurilor, acest dioxid de carbon este eliberat în atmosferă. Aceasta cauzează poluarea aerului și accelerează încălzirea globală. Din acest motiv, hidrogenul negru și cel maro sunt printre cele mai dăunătoare tipuri de hidrogen pentru mediu.

1.5. Roz
Hidrogenul roz este un tip de hidrogen produs folosind energia provenită din centralele nucleare. În timpul producției, se folosește o metodă numită electroliză. În această metodă, apa este separată în hidrogen și oxigen cu ajutorul energiei electrice. Acest tip de hidrogen se numește hidrogen roz deoarece energia nucleară este folosită ca sursă de electricitate. Unele surse pot folosi și denumirile de hidrogen mov sau hidrogen roșu pentru același tip de hidrogen. Deși aceste denumiri pot diferi, ele se referă în general la hidrogenul produs de energia nucleară.

1.6. Turcoaz
Hidrogenul turcoaz este un tip nou dezvoltat de hidrogen. Prin urmare, nu se știe încă exact dacă poate fi folosit pe scară largă. Oamenii de știință și companiile continuă să investigheze dacă această metodă este cu adevărat eficientă și sigură pentru mediu. O metodă numită piroliză de metan este folosită în producția hidrogenului turcoaz. În această metodă, gazul metan este descompus la temperatură ridicată. Astfel, se obține hidrogenul și, în același timp, apare carbonul solid.

Carbonul rezultat nu ajunge direct în aer, ceea ce reprezintă o diferență importantă. Carbonul este menținut în stare solidă în loc să fie eliberat în atmosferă sub formă gazoasă. Acest lucru poate fi un avantaj semnificativ în reducerea poluării de mediu. Totuși, pentru ca hidrogenul turcoaz să fie considerat cu adevărat prietenos cu mediul, carbonul solid rezultat trebuie depozitat în siguranță și permanent. Dacă acest lucru poate fi realizat, hidrogenul turcoaz ar putea fi printre tipurile de hidrogen cu emisii scăzute de carbon, precum hidrogenul albastru.

1.7. Galben
Hidrogenul galben este o altă metodă nou dezvoltată. Această metodă este similară cu procesul folosit pentru a crea hidrogen verde, dar este denumirea folosită pentru hidrogenul obținut prin electroliză, în special prin utilizarea energiei solare. Unele surse îl folosesc și pentru a desemna hidrogenul obținut prin electroliză cu electricitate din surse diferite.

1.8. Alb
Hidrogenul alb este denumirea dată hidrogenului geologic care apare în mod natural în depozitele subterane. Acesta este extras printr-un proces numit fracturare hidraulică, care constă în forarea solului și direcționarea unui amestec de apă la presiune înaltă, nisip și substanțe chimice în rocă pentru a elibera gazul din interior. Din câte se știe, nu a fost implementat astăzi niciun plan de a folosi acest tip de hidrogen ca sursă de energie.

2. Viitorul energiei pe bază de hidrogen

După cum știm, cea mai impresionantă transformare după revoluția industrială din lume a început de fapt cu cele două milenii. Deși mulți percep acest lucru ca fiind epoca internetului și a tehnologiilor de comunicații în general și chiar dezvoltă teorii lucrând la aranjamente de trai potrivite pentru acest lucru, punctul la care am ajuns se concentrează pe necesitatea unei surse de energie care să facă toate activitățile umane sustenabile. Subiectul articolului nostru nu este să examinăm sursele de energie folosite de perioadele civilizației anterioare. Totuși, știm că ele modelează structurile sociale, economice, politice, militare, civilizate și de muncă în funcție de principala sursă de energie care susține structura civilizației în discuție. Din acest punct de vedere, înțelegem că nu putem duce civilizația umană la etape ulterioare cu resurse energetice precum cărbunele sau derivatele petroliere, care nu pot fi create la locul de consum, costul transportului fiind ridicat și, în același timp, nu pot fi găsite peste tot. Când privim în acest context, putem crede că zborurile interplanetare vor necesita tehnologia hidrogenului și vor juca un rol de portdrapel în acest domeniu, la fel cum voiajele intercontinentale au dezvoltat navele cu aburi. Înainte să ajungem la acea zi, în general, trebuie să vedem hidrogenul ca o componentă critică a eforturilor globale de a aborda problema stringentă a schimbărilor climatice.

Dacă putem folosi hidrogen în loc de combustibili fosili, putem reduce semnificativ daunele pe care le facem naturii. În acest fel, putem ajuta la încetinirea efectelor schimbărilor climatice. Utilizarea hidrogenului nu este benefică doar pentru mediu, ci și pentru economie. Poate crea noi locuri de muncă, reduce dependența străină de energie și poate oferi un viitor mai sustenabil. Așa cum am văzut în paragraful anterior, există diferite tipuri de hidrogen în funcție de metoda de producție și impactul asupra mediului. Cel mai prietenos cu mediul dintre acestea se numește hidrogen verde. Poate fi folosit în transport, la încălzirea clădirilor și ca sursă de energie curată în fabrici. Ajută la reducerea emisiilor de carbon, mai ales în zonele unde electricitatea singură nu este suficientă.

Producerea de hidrogen verde cu tehnologiile pe care le avem astăzi este mai costisitoare decât alte tipuri de hidrogen. Totuși, odată cu avansul tehnologic și creșterea producției, se așteaptă ca și costurile să scadă în timp. Din acest motiv, multe țări din lume construiesc facilități pentru producția de hidrogen verde, susțin cercetarea și fac noi investiții. Experții cred că, datorită acestor studii, hidrogenul verde va deveni mai răspândit și mai rentabil. Hidrogenul verde ar trebui să fie una dintre sursele importante de energie ale viitorului, deoarece nu dăunează mediului, poate fi folosit în multe zone și poate reduce emisiile de gaze cu efect de seră.

3. Eficienţa energetică şi costurile hidrogenului prin metode de producţie

În prezent există unele obstacole importante în utilizarea hidrogenului ca metodă de transport energetic. Pentru a înțelege aceste obstacole, trebuie să putem explica valoarea energetică a hidrogenului. Un tabel comparativ cu tipurile de hidrogen clasificate după metode de producție, informații importante și valori energetice ar fi util în acest sens. Conținutul tabelului de mai jos a fost preluat din https://www.fastechus.com/blog și procesat pentru a fi împărtășit aici.

Să enumerăm câteva informații de bază pentru a înțelege tabelul:
- Consumul de energie necesar pentru 1 kWh H2: Arată câtă energie electrică este necesară pentru a produce un kilogram sau o anumită cantitate de hidrogen. Cu alte cuvinte, pentru a produce hidrogen, trebuie mai întâi să cheltuim electricitate. Această afirmație este răspunsul la întrebarea: „Câte unități de electricitate consumăm pentru a obține 1 unitate de hidrogen?"
- Costul actual de producție: Arată cât de mult poate fi realizat un produs în condițiile actuale teh-nologice și de piață. Este suma tuturor cheltuielilor suportate de o fabrică pentru producția de hidrogen. Electricitatea, apa, forța de muncă, întreținerea și cheltuielile de investiții sunt toate incluse în acest cost.
- Cost echivalent hidrogen la 1l de benzină: Este comparația dintre hidrogen și benzină în termeni de energie. „Dacă am folosi hidrogen, câți litri de benzină ar corespunde acestei cantități de energie?" răspunde la această întrebare.
- Mtpa (milioane de tone pe an): Este unitatea de măsură folosită pentru a arăta cât produce o fabrică sau o industrie într-un an.
- CCUS (Capturarea, Utilizarea și Stocarea Carbonului): Aceasta are scopul de a captura și stoca dioxidul de carbon (CO2) din coșurile de fum ale fabricilor, în loc să-l elibereze în aer sau să fie folosit în producția altor produse. De exemplu, o fabrică de ciment poate capta CO2 din coș și îl poate stoca sub pământ. Scopul aici este de a încetini încălzirea globală prin stocarea dioxidului de carbon eliberat în aer.
- CCU (Capturarea și Utilizarea Carbonului): Este vorba de a folosi dioxidul de carbon pentru a realiza produse noi, în loc să-l capturezi și să-l depozitezi. CCUS are și spațiu de stocare, în timp ce CCU nu are spațiu de stocare.
- Piroliza (Piroliză): Este procesul de descompunere a substanțelor la temperaturi ridicate, fără oxigen. Este denumirea dată metodei de separare a componentelor dintr-o substanță prin încălzirea acesteia la o temperatură foarte ridicată fără a o arde. La producerea de hidrogen prin piroliză de metan, se formează carbon solid în locul dioxidului de carbon. Prin urmare, poate fi mai avantajos pentru mediu.

Ca să fie mai ușor de înțeles:
- Hidrogenul gri oferă, în general, cele mai avantajoase date privind cel mai mic cost de curent, urmat de hidrogenul albastru. AIE afirmă, de asemenea, că în prezent producția pe bază de gaze naturale rămâne mai ieftină decât alternativele cu emisii scăzute în multe regiuni. i
- Consumul de energie al hidrogenului verde și galben pare a fi similar; principalul factor care face diferența de cost este prețul electricității și factorul de capacitate. AIE afirmă că, în cazul hidrogenului regenerabil, costurile pot fi reduse la câțiva USD/kg în regiunile potrivite, în timp ce în cele slabe în resurse/capital acestea rămân mult mai ridicate. ii
- Hidrogenul albastru este cea mai matură metodă de combustibili fosili cu emisii scăzute în ceea ce privește proiectul de astăzi. Conform IEA, producția de hidrogen cu CCUS în 2024 este de aproximativ 0,6 Mtpa, în timp ce linia declarată din 2030 este de aproximativ 9 Mtpa. iii 

- Datele oficiale de capacitate globală pentru turcoaz, mov și roz sunt mult mai fragmentate; acestea sunt încă în mare parte la nivel demo/FOAK. Sursele AIEA și hidrogenul nuclear arată că hidrogenul nuclear este încă în stadiul comercial incipient, în timp ce C2ES și investigațiile recente arată că piroliza metanului este la o scară tot mai mare, dar încă limitată. iv

Când analizăm valorile și informațiile din tabelul nostru, putem vedea rapid punctele problematice pentru hidrogen:
1. În prezent, ecuația energetică a oricărui tip de hidrogen nu este pozitivă. Chiar și indiferent de factorul de emisii de carbon, chiar și în cele mai eficiente metode, pare necesar să se folosească 1,1 kWh energie, sau mai mult, pentru a obține 1 kWh. Acest lucru face ca transformarea energiei disponibile, adică petrol, cărbune sau electricitate, în combustibil pe bază de hidrogen, să fie economică și tehnic inutilă.
2. Când îl comparăm cu echivalentul unui litru de benzină, evaluăm că hidrogenul are mari dificultăți în a ține pasul cu performanța benzinei, chiar și în cel mai bun caz. Când cifra din coloana respectivă este peste 1, înțelegem că 1 litru de hidrogen aduce mai multă energie decât un litru de benzină. Totuși, când evaluăm cifrele, constatăm că doar hidrogenul verde și galben converg către această cifră.
3. Știm că tehnologiile de captare a carbonului nu sunt încă mature, așa că ar trebui să credem că sursa de hidrogen, care este clasificată în afara resurselor regenerabile, poate deveni interesantă doar odată cu maturitatea tehnologiilor de captare a carbonului. Cu alte cuvinte, observăm că obținerea hidrogenului din combustibili fosili nu are nicio semnificație în termeni de eficiență energetică în prevenirea încălzirii globale.

4. Ce transportă hidrogenul şi cum?

Transformarea sistemelor energetice a crescut necesitatea tehnologiilor de stocare a energiei, odată cu utilizarea tot mai mare a surselor regene-rabile. Întreruperea producției surselor regenerabile precum solarul și eolianul face necesară stocarea energiei produse pentru utilizare ulterioară. În acest moment, hidrogenul se remarcă ca un purtător de energie care stochează și transportă energie, în loc să o producă. Importanța hidrogenului nu se datorează energiei pe care o conține, ci capacității sale de a stoca energie din alte surse pentru mult timp și de a o transfera acolo unde este necesară. Prin urmare, hidrogenul este considerat o interfață energetică care acționează ca o punte între energia electrică și consumul final de energie. v

Cum stochează hidrogenul energia?
Deoarece hidrogenul este foarte rar în formă liberă în natură, acesta trebuie mai întâi produs. Una dintre cele mai comune metode de producție a hidrogenului astăzi este electroliza. În procesul de electroliză, apa (H2O) este descompusă în hidrogen și oxigen folosind energie electrică. Dacă această electricitate este obținută din surse regenerabile, hidrogenul rezultat se numește „hidrogen verde".vi

În acest proces, energia electrică este stocată în legăturile chimice ale moleculelor de hidrogen. Aceasta poate fi apoi folosită în celulele de combustibil cu hidrogen pentru a fi convertite înapoi în energie electrică sau folosită direct ca un combustibil. Astfel, hidrogenul se transformă într-un mediu de stocare a energiei care face posibilă transportul energiei în termeni de timp și spațiu.

Ciclul de stocare a energiei al hidrogenului.

Așa cum se vede în diagramă, hidrogenul nu este o sursă primară de energie, ci mai degrabă un mecanism intermediar de stocare care permite utilizarea energiei în momente diferite.

5. Metode de stocare a hidrogenului

Capacitatea de stocare a energiei hidrogenului depinde foarte mult de tehnologiile de stocare. Hidrogenul poate fi stocat în trei metode principale: stocarea ca gaz comprimat, stocarea hidrogenului lichid și stocarea pe bază de material solid.
Metoda de stocare a gazului comprimat este astăzi una dintre cele mai utilizate. Hidrogenul este de obicei stocat în rezervoare la presiuni ridicate, cuprinse între 350 și 700 bar. Stocarea hidrogenului lichid, pe de altă parte, este deosebit de favorizată în aplicațiile aerospațiale. Dar, hidrogenul trebuie răcit la o temperatură de -253°C pentru a deveni lichid. vii

Comparație a metodelor de stocare a hidrogenului.

6. Avantajele hidrogenului în stocarea energiei

Cel mai important avantaj al hidrogenului în stocarea energiei este că permite stocarea pe termen lung. Bateriile pot stoca de obicei energie timp de ore sau zile, în timp ce hidrogenul poate fi stocat săptămâni, luni sau chiar anotimpuri. Această caracteristică este deosebit de importantă pentru sistemele de energie regenerabilă.
De exemplu, excesul de electricitate provenit din producția mare de energie solară în lunile de vară poate fi folosit pentru a produce hidrogen.
Hidrogenul produs poate fi stocat și folosit pentru a genera din nou electricitate în lunile de iarnă, când cererea de energie crește. Această abordare este descrisă ca „stocare sezonieră a energiei". viii

Un alt avantaj este că hidrogenul este transportabil. Deși există pierderi în transmiterea energiei electrice pe distanțe lungi, hidrogenul poate fi transportat între continente prin conducte, petroliere sau nave. Din acest motiv, hidrogenul este considerat unul dintre elementele importante ale comerțului global cu energie în viitor.

7. Hidrogen vs. Baterie

Dintre tehnologiile de stocare a energiei, cele două opțiuni cele mai frecvent comparate sunt hidrogenul și bateriile. După cum se știe, bateriile au ieșit rapid în evidență, mai ales în timpul pandemiei COVID-19 din 2020. Astăzi, când vorbim despre stocarea energiei, echivalentul acestei funcții este perceput ca bateriile litiu-ion pentru aproape toți actorii din industrie. Deși bateriile litiu-ion au preluat piața în prezent, știm și că există unele aspecte care trebuie îmbunătățite. Bateriile oferă avantaje în aplicațiile de stocare a energiei pe termen scurt datorită eficienței lor ridicate. Totuși, pe măsură ce perioada de stocare a energiei crește, costurile bateriilor cresc rapid.

În sistemele cu hidrogen, pierderile de energie apar în etapele de electroliză, stocare și celule de combustibil. Din acest motiv, eficiența totală a sistemului rămâne de obicei între 30-45%. Pe de altă parte, această rată poate ajunge la 80-90% în bateriile litiu-ion. ix

Totuși, în aplicațiile care necesită stocare pe termen lung, hidrogenul devine mai avantajos din punct de vedere economic. Hidrogenul oferă oportunități semnificative, în special în ceea ce privește echilibrarea rețelelor electrice și decarbonizarea sectorului industrial. De asemenea, așa cum am repetat de multe ori, există tehnologii care trebuie dezvoltate în ceea ce privește eficiența sistemului energetic pe bază de hidrogen. În prezent, tehnologiile existente cu hidrogen sunt în urmă față de bateriile litiu-ion în ceea ce privește eficiența energetică, dar sunt foarte promițătoare în ceea ce privește oportunitățile potențiale de dezvoltare.

8. Rolul hidrogenului în viitor

Multe țări includ hidrogenul în strategiile lor de transformare energetică. Multe economii, în special Uniunea Europeană, Japonia, Coreea de Sud și China, investesc miliarde de dolari în infrastructura de hidrogen. Hidrogenul este considerat o soluție critică, mai ales în sectoarele unde electrificarea este dificilă, cum ar fi producția de oțel, industria chimică, transportul maritim și aviația. x 

Există obstacole practice în utilizarea bateriilor litiu-ion în aceste domenii, care pot fi ușor depășite în ceea ce privește tehnologia eficientă a hidrogenului. Conform proiecțiilor Agenției Internaționale pentru Energie, o parte semnificativă din cererea globală de energie este așteptată să fie acoperită de hidrogen și derivați de hidrogen până în 2050. Odată cu utilizarea pe scară largă a hidrogenului, sistemele energetice sunt așteptate să devină mai flexibile, mai fiabile și cu un conținut mai scăzut de carbon. xi

9. Concluzie

Hidrogenul nu este o sursă de producție de energie, ci mai degrabă o interfață de energie care stochează și transportă energia. Permite stocarea electricității provenite din surse regenerabile sub formă de energie chimică, oferind flexibilitate în sistemele energetice. Datorită capacității sale de stocare pe termen lung, portabilității și utilizării în diferite sectoare, hidrogenul este un candidat pentru a juca un rol important în economia energetică a viitorului. Deși bateriile continuă să fie avantajoase ca soluții de stocare pe termen scurt, hidrogenul se remarcă ca o tehnologie strategică, mai ales în satisfacerea nevoilor de stocare a energiei la scară largă și pe termen lung.

Referinţe
1. Comisia Europeană. (2023). Strategia hidrogenului pentru o Europă Climatic Neutră. Bruxelles: Comisia Europeană.
2. Consiliul Hidrogenului. (2024). Raportul Hydrogen Insights 2024. Bruxelles: Consiliul pentru Hidrogen.
3. Agenția Internațională pentru Energie (IEA). (2023). Revizuirea globală a hidrogenului 2023. Paris: Agenția Internațională pentru Energie.
4. Agenția Internațională pentru Energie Regenerabilă (IRENA). (2022). Geopolitica transformării energetice: factorul hidrogenului. Abu Dhabi: IRENA.
5. Departamentul de Energie al SUA. (2024). Stocarea hidrogenului. Washington, DC: Biroul pentru Eficiență Energetică și Energie Regenerabilă.

Note:
i Rezumat executiv – Global Hydrogen Review 2021 – Analiză - IEA
ii Revizuirea Globală a Hidrogenului 2025
iii https://iea.blob.core.windows.net/assets/12d92ecc-e960-40f3-aff5-b2de6690ab6b/
GlobalHydrogenReview2025.pdf
iv Producția de hidrogen nuclear | Agenția Internațională pentru Energie Atomică
v Agenția Internațională pentru Energie [IEA], 2023
vi Agenția Internațională pentru Energie Regenerabilă [IRENA], 2022
vii Departamentul de Energie al SUA, 2024
viii Comisia Europeană, 2023
ix IEA, 2023
x Consiliul pentru Hidrogen, 2024
xiI EA, 2023