Prima turbină industrială din lume, care funcţionează 100% pe hidrogen, în loc de gaz natural, a fost pusă în funcţiune la o fabrică din Franţa

Ideea de a înlocui gazul natural cu hidrogen în procese şi utilaje industriale, care ardeau până acum direct hidrocarburi, prinde tot mai mult teren. La începutul acestui an anunţam că Toyota, unul din cei mai experimentaţi producători auto în tehnologia hidrogenului, a început a instala la fabricile sale utilaje mari de electroliză, producând hidrogen, pentru ca acest hidrogen să fie ars ulterior în furnalele fabricilor, la procese industriale de metalurgie. Iar acum germanii la Siemens Energy au anunţat că au pus în funcţiune prima turbină industrială din lume alimentată 100% pe hidrogen, în loc de gaz natural, noua turbină fiind instalată la fabrica din Saillat-sur-Vienne, Franţa, a companiei Smurfit Kappa, specializată în producţie de ambalaje de hârtie, inclusiv hârtie reciclată.

Motivaţia din spatele acestei schimbări, ar fi una uriaşă, or, furnalele industriale şi tot soiul de turbine imense sunt printre cei mai mari consumatori de gaz natural, sau gaz metan, cu formulă CH4. La interacţiunea cu oxigenul, la arderea acestuia, se generează emisii CO2, iar la scara industrială a acestor utilaje, emisiile sunt mari. Arderea hidrogenului, de cealaltă parte, nu emite decât energie şi vapori de apă, după formula H2 + 1/2 O2 -> H2O + 286.000 jouli.

Cheia aici e în metoda de producţie a hidrogenului şi eventuala sa transportare. Producţia are loc prin hidroliza apei, cu inducerea de electricitate, astfel încât atomii de hidrogen şi oxigen sunt separaţi. Dacă electricitatea pentru această reacţie vine din surse regenerabile, cu zero CO2 — spre exemplu de la turbine eoliene sau panouri solare, atunci şi hidrogenul produs va fi unul cu zero CO2 în ciclul său de fabricare. Toyota spunea că instalaţiile sale au nevoie de 53 kWh de electricitate pentru a produce 1 kg de hidrogen, ceea ce poate suna surprinzător, dar tocmai asta e explicaţia de ce nu avem atât de multe maşini pe hidrogen în jurul nostru.

Foto: Instalaţia de hidroliză de la fabrica Toyota, menţionată mai sus

Şi mai contează foarte mult cum va fi transportat acel hidrogen. Transportarea cu camioanele în cisterne poate zădărnici întreg procesul. Transportarea prin conducte, cu pompe şi compresoare electrice alimentate tot cu energie regenerabilă, păstrează nivelul nul al emisiilor din ciclul complet al producţie acelui hidrogen. În cazul fabricii Toyota şi a celei Smurfit Kappa din Franţa, instalaţia de hidroliză, deci de producţie a hidrogenului, e situată pe teritoriul fabricii, deci transportarea spre punctul de ardere în furnal sau turbină are loc prin conducte, direct din rezervorul unde se stochează hidrogenul produs.

Ceea ce şi mai interesant e că germanii au folosit o turbină industrială SGT-400, pe care o aveau deja proiectată anterior, cu gândul că în viitor se va ajunge la amestecarea gazului natural şi a hidrogenului în ardere. Turbina a fost instalată în 2022 la fabrica franceză şi iniţial s-a experimentat cu o mixtură de 30% hidrogen şi 70% gaz natural. Apoi s-a mărit treptat cota până s-a ajuns la 100% ardere de hidrogen, validându-se parametrii finali obţinuţi. Iar instalaţia de hidroliză de alături are 1 MW putere, deci produce suficient de mult hidrogen încât să fie suficient pentru întreg ciclul de funcţionare a turbinei, pe parcursul programului de muncă. Hidrogenul e generat în continuu, din energie regenerabilă, şi e stocat într-un rezervor de alături, iar la pornirea turbinei hidrogenul stocat e direcţionat în alimentarea acesteia.

Foto: Construcţia turbinei Simenes SGT-400

Teoretic, turbina poate funcţiona deja pe orice variaţie a amestecului de hidrogen şi gaz natural, dar scopul e ca această turbină să funcţioneze doar cu hidrogen produs din energie regenerabilă, iar acest exemplu să poată fi replicat la nivelul industriilor întregi. Astfel, aceste industrii nu ar emite CO2 nou în atmosferă, iar nevoia de gaz natural s-ar reduce considerabil. Şi, apoi, dacă maşinile sunt electrice, oraşele pot fi încălzite cu centrale de pompe de căldură, operate cu electricitate, iar acum şi aplicaţiile mari industriale, de mare temperatură, pot folosi hidrogen produs din electricitate regenerabilă, ajungem la o etapă în care chiar majoritatea necesităţilor energetice ale omenirii pot fi asigurate de însăşi natura din jur, prin soare, vânt şi eventual căldura din adâncuri în cazul geotermalelor.

Şi, în fine, turbina franceză de acum, pe lângă lucrul mecanic pe care-l generează pentru fabrică, mai are şi efectul advers de a produce 20 MW putere de cădură termică şi 12 MW de putere electrică! Iar aici vine şi genialitatea finală — pentru că o mare parte din energia stocată în acel hidrogen va fi recuperată înapoi prin căldură care poate fi transferată într-un sistem de încălzire a unui oraş, şi electricitate, care e dată în reţeaua naţională a ţării. Iar astfel întreg procesul aduce multiple beneficii, la fiecare etapă a sa!