Hidrogenul, vector al tranzitiei energetice. Note de curs si lucrari de laborator

DESPRE CARTE

Lucrarea „Hidrogenul, vector al tranzitiei energetice” pune in evidenta importanta hidrogenului in dezvoltarea energetica, ilustrand prin exemple abordarile tehnologice si implementarile practice la nivel national si international.

Cartea prezinta experienta acumulata de autor din cercetarile proprii, in proiectele stiintifice coordonate, oferind o perspectiva practica asupra utilizarii hidrogenului.

Volumul este structurat pentru a oferi un echilibru intre teorie si practica. Sunt incluse si diverse experimentari de laborator care permit studentilor si cercetatorilor sa evalueze in mod direct potentialul hidrogenului in aplicatii.

Experimentele descrise ofera o intelegere mai profunda a tehnologiilor asociate si evidentiaza legatura dintre conceptele fundamentale si aplicatiile lor reale. Scopul este de a forma o generatie de profesionisti capabili sa abordeze provocarile tehnologice ale viitorului, subliniind totodata rolul crucial al hidrogenului in tranzitia globala catre surse curate si durabile de energie.

PREFATA

Cartea „HIDROGENUL, VECTOR AL TRANZITIEI ENERGETICE” prezinta note de curs si lucrari de laborator, adresandu-se studentilor, masteranzilor si inginerilor cu preocupari in domeniul surselor alternative de energie, fiind utila pentru analiza si evaluarea practica a performantelor acestor surse. Continutul pune in evidenta importanta hidrogenului in dezvoltarea energetica, ilustrand prin exemple abordarile tehnologice si implementarile practice la nivel national si international.

La elaborarea acestei carti m-am bazat pe experienta acumulata din cercetarile proprii in proiectele stiintifice coordonate, oferind o perspectiva practica si concreta asupra utilizarii hidrogenului. Elaborand aceasta lucrare, nu s-a cautat originalitatea in mod deosebit, ci s-a urmarit sa se conjuge rigoarea stiintifica cu accesibilitatea unui curs didactic, avand ca scop principal inspirarea viitorilor specialisti in domeniul energiilor alternative.

Structurata pentru a echilibra teoria si practica, lucrarea include si diverse experimentari de laborator care permit studentilor si cercetatorilor sa evalueze in mod direct potentialul hidrogenului in aplicatii. Experimentele descrise ofera o intelegere mai profunda a tehnologiilor asociate si evidentiaza legatura dintre conceptele fundamentale si aplicatiile lor reale. Scopul este de a forma o generatie de profesionisti capabili sa abordeze provocarile tehnologice ale viitorului, subliniind totodata rolul crucial al hidrogenului in tranzitia globala catre surse curate si
durabile de energie.

AUTORUL

CUPRINS

1. Introducere 19
1.1. Aspecte privind strategia energetica a Romaniei in perioada 2016-2030 19
1.2. Perspectiva anului 2050 28
1.3. Bibliografie 35

2. Legislatia si initiativele relevante in domeniul energiei 36
2.1. Legislatia si initiativele Europene 36
2.2. Planurile si strategiile nationale 38

3. Hidrogenul – vector energetic 40
3.1. Parcursul istoric privind evolutia stiintei hidrogenului 40
3.2. Proprietatile hidrogenului ca purtator energetic 41
3.2.1. Avantajele utilizarii hidrogenului 41
3.2.2. Dezavantajele utilizarii hidrogenului 42
3.2.3. Paleta de culori a hidrogenului 43
3.2.4. Producerea hidrogenului. Stadiul actual, provocari si perspective 44
3.3. Bibliografie 47

4. Date comparative privind metodele de producere a hidrogenului 50
4.1. Metode de producere a hidrogenului 50
4.2. Reformarea hidrocarburilor, cu abur sub presiune 52
4.3. Oxidarea partiala a hidrocarburilor: metan – uleiuri grele 53
4.4. Gazeificarea carbunilor 53
4.5. Obtinerea hidrogenului din biomasa, prin procese termochimice si biologice 53
4.5.1. Gazeificarea biomasei 53
4.5.2. Fermentarea anaeroba 54
4.6. Obtinerea H2 din disocierea APEI 54
4.6.1. Electroliza apei 54
4.6.2. Disocierea termochimica 55
4.6.3. Fotoelectroliza 56
4.6.4. Biofotoliza 56
4.7. Bibliografie 57

5. Stocarea energiei 60
5.1. Notiuni generale privind stocarea energiei 60
5.2. Importanta stocarii energiei 62
5.3. Bibliografie 63

6. Stocarea energiei sub forma de hidrogen 65
6.1. Consideratii generale 65
6.2. Metode de stocare a hidrogenului 66
6.2.1. Stocarea fizica a hidrogenului 66
6.2.2. Stocarea chimica, sub forma de compusi sintetizati 66
6.2.3. Stocarea in materiale solide 67
6.3. Provocari si perspective 70
6.4. Tipuri de materiale stocatoare de hidrogen 77
6.5. Capacitati de stocare vs. tipuri de materiale 78
6.6. Bibliografie 79

7. Notiuni generale privind conversia energetica 82
7.1. Conversia energetica si rolul sau central in societatea moderna 82
7.2. Tipuri de conversie energetica 84
7.3. Bibliografie 85

8. Conversia directa a hidrogenului in electricitate 86
8.1. Pilele de combustibil 86
8.2. Parcursul istoric privind evolutia pilelor de combustibil 90
8.3. Clasificarea pilelor de combustibil 91
8.3.1. Pile de combustibil cu membrana schimbatoare de protoni (PEMFC) 92
8.3.2. Pile de combustibil cu acid fosforic (PAFC) 92
8.3.3. Pile de combustibil cu oxid solid (SOFC) 92
8.3.4. Pile de combustibil cu carbonat topit (MCFC) 93
8.3.5. Pile de combustibil alcaline (AFC) 93
8.3.6. Pile de combustibil microbiene (MFC) 93
8.4. Bibliografie 94

9. Hidrogenul in aplicatii 95
9.1. Aplicatiile hidrogenului: O solutie sustenabila pentru viitor 95
9.2. Pilele de combustibil: o revolutie in transportul sustenabil 96

10. Expertiza in hidrogen si domeniile asociate, in Romania 103
10.1. Expertiza in hidrogen si tehnologiile asociate, la nivel national 103
10.2. Producatori de hidrogen in Romania 107
10.3. O poveste de succes in dezvoltarea tehnologiei pilelor de combustibil la ICPE-CA Bucuresti 109
10.3.1. ICPE-CA – de la idee la transfer tehnologic 109
10.3.2. Produse finale realizate si transferate la operatorul economic 112
10.4. Bibliografie 117

11. Aplicatii practice – lucrari de laborator 118
11.1. Influenta intensitatii luminii solare asupra generarii electricitatii in panourile fotovoltaice 119
11.2. Influenta unghiului de incidenta asupra tensiunii si intensitatii curentului electric generat de panourile fotovoltaice 124
11.3. Determinarea numarului necesar de panouri fotovoltaice pentru asigurarea energiei electrice de consum, intr-o gospodarie 130
11.4. Evaluarea comportarii celulelelor fotovoltaice la intuneric 137
11.5. Analiza performantei celulei de combustibil – variatia curentulului generat cu potentialul electric 143
11.6. Investigarea celulei de combustibil – variatia cantitatii de hidrogen consumat cu cantitatea de electricitate generata 153
11.7. Pila de combustibil cu metanol – variatia curentului generat cu potentialul electric 161
11.8. Analiza eficientei sistemului electrolizor – pila de combustibil 170
11.9. Hidrogenul purtator de energie – stocarea energiei
electrice sub forma chimica (combustibil) 176
11.10. Generarea hidrogenului in electrolizor 181
11.11. Pila de combustibil dezasamblata – influenta cantitatii de catalizator asupra curbei I-V caracteristice 185
11.12. Bibliografie 192

DESPRE AUTOR

Gimi Aurelian RIMBU s-a nascut in anul 1972 in Bucuresti. Este absolvent al Facultatii de Chimie Industriala din Universitatea Politehnica Bucuresti, in anul 1998. Doctor in Inginerie Chimica din anul 2004. Dupa absolvirea facultatii s-a alaturat Institutului de Cercetare pentru Inginerie Electrica (ICPE SA) din Bucuresti, ca asistent de cercetare, in prezent fiind cercetator stiintific gradul I la INCDIE ICPE-CA. Are peste 25 de ani de experienta stiintifica multidisciplinara si peste 20 de ani de experienta in: managementul cunostintelor, in dezvoltarea tehnologiilor energetice si de mediu, asociate economiei hidrogenului. A gestionat peste 15 proiecte nationale multidisciplinare, precum si 4 proiecte internationale. A dobandit o deosebita experienta stiintifica la nivel international, prin cercetari efectuate alaturi de grupuri de cercetare din universitati prestigioase din Europa: Universitatea din Leeds (UK), Universitatea din Newcastle (UK), Universitatea Nationala de Tehnologii si Design din Kiev (Ucraina), Universitatea de Vest a Angliei (UWE). Cu experienta stiintifica dobandita a contribuit la integrarea unor domenii precum: stiinta materialelor si electrochimia, prin dezvoltarea de materiale structurale si componente pentru celule de combustie; ingineria electrica si energetica, prin dezvoltarea sistemelor energetice alternative, stocarea energiei in forma chimica (hidrogen) si reconversia energiei chimice in energie electrica; ingineria mediului si energetica, prin dezvoltarea de tehnologii sustenabile energetic pentru bio-remedierea apelor uzate si reziduale folosind microorganisme. In majoritatea cazurilor rezultatele cercetarilor sale au fost transferate in productie la agenti economici din Romania.

Adresa de corespondenta: gimi.rimbu@icpe-ca.ro