Valorificarea energiei de la Soare pentru a genera hidrogen din surse regenerabile13 min read

Pe măsură ce Europa trece la surse curate de energie, cercetătorii din UE caută să producă hidrogen din razele și căldura Soarelui.

În iulie 2023, când sudul Europei s-a confruntat cu un val de căldură fără precedent care a făcut ca temperaturile să urce până la circa 45°C, un loc anume din Spania a fost și mai fierbinte, fără a deveni însă o știre de prima pagină.

Este vorba despre un amplasament de testare din provincia Almería, unde temperaturile au ajuns până la 1.400°C.

Speranțe mari

Aceste temperaturi uimitoare au fost înregistrate la Plataforma Solar de Almería, unde o serie de oglinzi direcționează razele soarelui – abundente în această regiune – către un mic punct dintr-un turn de 43 de metri. Structura folosește energia solară pentru a genera temperaturi extrem de ridicate.

Cercetătorii din UE cred că platforma – cel mai mare centru de testare a tehnologiilor de concentrare a radiației solare din Europa – ar putea avea un rol esențial în generarea de hidrogen din surse regenerabile. Această formă de energie, la fel ca panourile solare și turbinele eoliene, ar putea ajuta Europa și alte părți ale lumii să renunțe la combustibilii fosili, care emit gaze cu efect de seră, inclusiv dioxid de carbon (CO₂), ceea ce accelerează încălzirea globală.

CITEȘTE ȘI: Gazele cu efect de seră. Cum acționează efectul de seră? 

„Avem nevoie de energie într-adevăr curată, ceea ce ar fi în beneficiul tuturor”, spune Souzana Lorentzou, inginer chimist la Centre for Research & Technology Hellas din Salonic, Grecia.

Hidrogenul ar putea contribui la înverzirea economiilor din întreaga lume, deoarece nu generează aproape deloc gaze cu efect de seră atunci când este ars și poate alimenta industriile care sunt greu de decarbonizat, de la industria oțelului până la sectorul aviatic.

Energia din surse regenerabile, inclusiv hidrogenul curat, este unul dintre pilonii strategiei REPowerEU, pentru renunțarea la combustibilii fosili din Rusia până la sfârșitul acestui deceniu, și al „Pactului verde”, pentru ca UE să devină neutră din punctul de vedere al impactului asupra climei până în 2050.

Problema este că procesul de obținere a hidrogenului în sine implică adesea surse de energie care emit CO₂, cum ar fi gazul natural și cărbunele. În 2022, 96% din totalul producției de hidrogen din Europa a provenit din procese bazate pe gaz natural.

De fapt, există deja o modalitate relativ ușoară de a obține hidrogen curat.

Este o metodă care presupune utilizarea unui curent electric de la o sursă de energie regenerabilă pentru a separa apa în hidrogen și oxigen. Procesul, denumit electroliză, poate fi efectuat chiar și în cadrul experimentelor științifice de la liceu.

Mai are însă până să fie adoptat pe scară largă, din cauza costurilor prea ridicate.

Numai 4% din producția mondială de hidrogen din 2021 a provenit din electroliză, potrivit Agenției Internaționale pentru Energie Regenerabilă. Și doar 1% a fost obținută prin electroliză bazată pe o sursă regenerabilă de energie.

Iese soarele

Cercetătorii din Europa spun că este firesc să ne uităm spre Soare pentru a găsi noi modalități de a obține hidrogen din surse regenerabile.

Razele solare și căldura creată ar putea fi un mod ideal de a produce hidrogen curat. Nu ar fi nevoie de energie electrică, ci doar de soare.

„Tehnologia noastră este construită pe un sistem deja existent – o centrală de concentrare a radiației solare”, spune Lorentzou. „Cum ar fi dacă, pe lângă energia electrică, aceste centrale ar putea produce și hidrogen verde, aproape ca un bonus?”

În prezent, producția de hidrogen generează peste 800 de megatone de emisii de CO₂, adică circa 2% din emisiile totale de dioxid de carbon, potrivit lui Marcel Boerrigter, cercetător principal la Centrul Tehnologic Leitat din Barcelona, Spania.

„Dacă am putea ecologiza procesul, am evita o cantitate enormă de emisii”, a mai spus Boerrigter.

Aliați de cercetare

Atât Boerrigter, cât și Lorentzou își propun să găsească modalități de a genera hidrogen cu zero emisii. Fiecare conduce un proiect de cercetare care beneficiază de finanțare din partea UE pentru realizarea acestui obiectiv. 

Aici intră în joc turnul solar din Almería – o zonă în care este situat singurul deșert interior din Europa, Tabernas, care beneficiază anual de peste 3.000 de ore de soare.

Proiectul lui Lorentzou utilizează căldura extremă a turnului pentru a iniția procese chimice într-un reactor care transformă apa în hidrogen curat – fără a fi nevoie de energie electrică.

Această inițiativă, denumită HYDROSOL-beyond,„Thermochemical HYDROgen production in a SOLar structured reactor:facing the challenges and beyond”, cordis.europa.eu este cea mai recentă dintr-o serie de proiecte care vizează producția de hidrogen bazată pe energia solară, prin separarea apei în hidrogen și oxigen. A debutat în ianuarie 2019 și ar urma să se încheie la sfârșitul lui 2023. 

Proiectul lui Boerrigter folosește lumina Soarelui, pe lângă căldura solară, pentru a iniția un proces de obținere a hidrogenului curat.

Inițiativa denumită GH2„GreenH2 production from water and bioalcohols by full solar spectrum in a flow reactor”, cordis.europa.eu se întinde pe trei ani, până la sfârșitul lunii septembrie 2025.

Reducerea riscurilor

„În prezent, energia electrică este un factor de cost major în producția hidrogenului verde”, spune Boerrigter. „Metoda noastră elimină necesitatea energiei electrice.”

Deși promițătoare, ideea de a crea hidrogen doar din căldura sau razele solare va avea nevoie de mai mult timp pentru a fi pusă în practică, din cauza provocărilor tehnologice încă existente.

Aceste obstacole scot în evidență rolul cercetării, inclusiv al proiectelor care beneficiază de fonduri publice, în asumarea unor riscuri care sunt adesea evitate de afacerile cu o mentalitate mai mult comercială.

Tehnologia HYDROSOL-beyond este în curs de dezvoltare de circa 20 de ani. Deși s-au făcut multe progrese în tot acest timp, Lorentzou nu știe sigur când ar putea să înceapă implementarea pe scară largă.

„Este al cincilea proiect din serie”, spune aceasta. „Am văzut cum tehnologia a evoluat de la ceva ce se putea construi în laborator la instalații la scară mică și până la actualul sistem la scară foarte largă pe care îl avem acum.”

O muncă în derulare

Lorentzou spune că ar putea fi nevoie de încă cinci ani de rafinare a tehnologiei, inclusiv a reactorului de la Almería.

„Am identificat mai multe provocări determinate de construirea unei instalații la o scară atât de mare”, spune aceasta. „De exemplu, trebuie să reproiectăm reactorul pentru a-l face mai durabil. Aceasta este prioritatea noastră acum.”

Cât privește proiectul GH2, tehnologia dezvoltată este încă în faza de laborator și relativ departe de orice aplicații comerciale.

Aici, cercetătorii trebuie să optimizeze procesele chimice înainte de a le extinde la scară și a le folosi în lumea reală.

„Va dura probabil circa 10-20 de ani până când această tehnologie să ajungă în faza comercială”, spune Boerrigter. „Poate părea mult, însă ne mișcăm foarte repede, dat fiind stadiul încă timpuriu în care ne aflăm.”

Boerrigter, Lorentzou și alți cercetători spun că obiectivul de a genera hidrogen curat folosind energia Soarelui poate ajuta la prevenirea schimbărilor climatice catastrofale în deceniile care vor urma.

„Prin această tehnologie, reducem emisiile de CO₂, creăm hidrogen verde și economisim energie electrică”, spune Boerrigter. „Împușcăm astfel mai mulți iepuri dintr-o lovitură”.

Cercetările menționate în acest articol au fost finanțate de UE prin Întreprinderea comună pentru un hidrogen curat și Consiliul European pentru Inovare (CEI). Acest articol a fost publicat inițial în Horizon, revista de cercetare și inovare a UE.