mai 31, 2020

Despre utilizarea hidrogenului în amestec cu gaze naturale

Despre utilizarea hidrogenului în amestec cu gaze naturale

Hidrogenul are potențialul major în decarbonizarea surselor de energie pentru gospodării (căldură, apă caldă menajeră și surse pentru gătit), odată ce anumite aspecte tehnice și de siguranță pot fi depășite. Convertirea actualului sistem de distribuție și furnizare a gazelor naturale, la unul bazat în totalitate pe hidrogen, este un drum care necesită intervenția autorităților centrale ale statului, parlamentului, guvernului, precum și a altor autorități (ANRE, ISCIR, etc.).

Primele acțiuni pentru introducerea hidrogenului în sectorul energetic implică, în mod evident, proiecte demonstrative de dezvoltare la scară, care să permită extinderea ulterioară la nivel comercial. Aceste proiecte pot pleca (1) de la zero, când pentru anumite categorii de utilizatori se pot realiza sisteme de distribuție și furnizare de hidrogen 100% sau (2) pot injecta hidrogen în rețelele de distribuție existente, pentru a fi amestecate cu gazele naturale, până la o anumită limită admisă. Indiferent de scenariul ales, cadrul legal care se referă la reglementarea și comercializarea gazelor va trebui modificat și adaptat, pentru a permite introducerea hidrogenului în sistemul energetic. Trebuie înțeles că, inclusiv în faza de tranziție, hidrogenul și gazele naturale nu pot fi tratate separat în contextual unui mix energetic durabil, indiferent dacă ne referim la transport, distribuție, furnizare, comercializare sau utilizatori finali.

O modalitate propusă de livrare a hidrogenului pentru consumatorii finali o reprezintă amestecarea hidrogenului în rețelele de conducte de gaze naturale, putandu-se folosi, în același timp, tehnologii de separare și purificare, pentru a extrage hidrogenul din amestecul cu gazele naturale.

Livrarea hidrogenului prin amestecarea în rețelele de conducte de gaze naturale poate compensa costurile legate de construirea unor conducte de hidrogen dedicate sau a altor infrastructuri de livrare costisitoare, în etapa de dezvoltare timpurie a pieței. Ca remarcă, până în secolul XX și o bună perioadă după aceea, gazele bogate în hidrogen (50vol %) precum gazele de iluminat public în orașe sau gazele de cocserie, au fost distribuite gospodăriilor din Germania, SUA și Anglia, prin conducte de gaz. Elementele de infrastructură care au fost instalate la acea vreme, cum ar fi conducte, instalații de gaz, garnituri, arzătoare, etc., au fost proiectate pentru gazul bogat în hidrogen și au fost modificate ulterior, odată cu trecerea la gaz natural.

În momentul de față, multe țări căută să adauge hidrogen în rețelele existente de gaze naturale, cu precizarea că, în prezent, nu există standarde sau o experiență relevantă în domeniu. Totuși, din rațiuni științifice și tehnice, se consideră că este posibilă introducerea unor cantități cuprinse între 2 vol% și 20 vol% hidrogen, fără un impact negativ sau semnificativ asupra utilizatorilor finali și a infrastructurii sau conductelor, în acest sens fiind demarate o serie de proiecte pilot, studii tehnice și abordări prenormative.

Din aceleași motive, se consideră că adaosurile mai mari de hidrogen ar necesita, în unele cazuri, conversii costisitoare ale conductelor, conexiunilor, senzorilor și echipamentelor. În țări precum Germania, această limită a fost preventiv stabilită la 10% vol. În principiu, gazul în concentrații de până la 10 vol% de hidrogen poate fi transportat în rețeaua existentă de gaze naturale, fără riscul de deteriorare a instalațiilor de gaz, a infrastructurii de distribuție, etc.

Cu toate acestea, ca urmare a unor componente considerate încă critice și, în general, inadecvate pentru funcționare cu aceste concentrații de hidrogen, valoarea limită autorizată în prezent este limitată și până la 2 vol%, în special pentru vehiculele cu GNC.

Se poate pleca de la prezumția că multe dintre rețelele de transport, liniile de distribuție și instalațiile de stocare a gazelor pot fi convertite în rețele pentru hidrogen pur. În Leeds (Marea Britanie), de exemplu, a fost explorată posibilitatea de a converti, în totalitate, rețeaua de gaze naturale existente în regiune (folosită în principal pentru alimentarea cu agent termic a municipiului) în rețea pentru hidrogen. Având în vedere infrastructura existentă, în special lungimea rețelelor mari de gaze, multe țări sunt tentate sa convertească, cu costuri minime, o rețea de gaze într-o rețea pentru hidrogen, decât să construiască una complet nouă.

 Beneficiile adăugării hidrogenului în rețeaua de gaze naturale sunt următoarele:

  • Beneficii generale: reducerea semnificativă a emisiilor de gaze cu efect de seră, dacă hidrogenul este produs din surse regenerabile.
  • Hidrogenul în aplicații auto: potențiale beneficii provenite din reducerea consumului și importului de petrol alături de îmbunătățirea calității aerului prin reducerea dioxidului de sulf, a oxizilor de azot și a emisiilor de particule.
  • Ecologizarea gazelor naturale: când un amestec de hidrogen/gaz natural este utilizat în echipamentele existente pentru generarea căldurii, gătit  sau cogenerare. Acest beneficiu este similar cu creșterea în mixul energetic al regenerabilelor fără a fi necesare modificări semnificative ale echipamentelor utilizatorului final.

Avantajele arderii amestecului de gaze naturale (metan) cu hidrogen:

  • la fel ca și metanul, hidrogenul nu este otrăvitor (dar poate cauza asfixiere; este exploziv!);
  • are o temperatură de aprindere spontană destul de ridicată, deci are nevoie de o scânteie pentru a aprinde;
  • are limite foarte mari de inflamabilitate, ceea ce înseamnă că este ușor să se mențină o flacără;
  • prin ardere rezultă vaporii de apă, eliminând astfel emisiile de CO2; și
  • arde cu o viteză a flăcării mult mai mare (300 cm/s) decât metanul (30 cm/s), stabilizând astfel flacăra.