CENTRUL NATIONAL PENTRU HIDROGEN SI PILE DE COMBUSTIBIL

- UN PAS IN DINAMIZAREA ECONOMIEI BAZATE PE HIDROGEN

PRIN CERCETARE

Conferinta "Diaspora in cercetarea stiintifica si invatamantul superior din Romania" Conferinta "Diaspora in cercetarea stiintifica si invatamantul superior din Romania" Workshop Exploratoriu "Provocari stiintifice ale energiei de maine" Workshop Exploratoriu "Provocari stiintifice ale energiei de maine"

Bucuresti, 21-24 septembrie 2010Bucuresti, 21-24 septembrie 2010

National R&D Institute for Cryogenics and Isotopic Technologies –

ICIT Rm Valcea

CNHPC - CONTEXT NATIONAL SI INTERNATIONAL PRIVIND ENERGETICA HIDROGENULUI

POSIBILITATI DE COLABORARE

CUPRINSCUPRINS

PERSPECTIVELE PE TERMEN SCURT SI MEDIU ALE CNHPC

CONCLUZII

De ce Hidrogenul ?De ce Hidrogenul ?

Motivele pentru care a crescut interesul pentru hidrogen sunt usor de inteles: Fiind combustibil curat "prin excelenta", acesta ar putea juca un rol-cheie in indeplinirea angajamentelor asumate in temeiul Protocolului de la Kyoto; Poate fi folosit ca mediu de stocare a energiei, oferind astfel un raspuns la problema suparatoare reprezentata de intermitenta celor mai multe surse de energie regenerabila; Daca este produs din surse de energie locale, devine un suport adecvat in sprijinirea tarilor care au ca obiectiv mentinerea unui nivel corespunzator de energie.

Toate studiile prospective realizate confirma cu o probabilitate mare ca epoca economiei bazate de carbon este aproape de final, in timp ce o economie de energie bazata pe hidrogen ar putea rezolva ingrijorarile crescande legate de aprovizionarea cu energie.

Combustibili fosili

sursesurse Conversie & distributieConversie & distributie UtilizatoriUtilizatori

NuclearNuclear

Solar & Solar & RegenerabileRegenerabile

Energie Energie electricaelectrica

HidrogenHidrogen

Pile combustibil – conversie locala

electricitate

Consumatori Consumatori electricielectrici

Combustibili pentru Combustibili pentru transporturi transporturi

Combustibili pentru uz Combustibili pentru uz casniccasnic

Combustibili industrialiCombustibili industriali

ChimicaleChimicale

ENERGETICA HIDROGENULUI ENERGETICA HIDROGENULUI SSI SURSELE DE ENERGII REGENERABILE AFERENTEI SURSELE DE ENERGII REGENERABILE AFERENTE

VirtualVirtual, orice sursa

primara de energie poate fi

transformata în hidrogen

deschizand astfel posibilitatea ca

acesta sa devina un combustibil

universal.

Crearea unei noi Crearea unei noi oportunitati oportunitati pentru sistemul pentru sistemul energetic energetic

Optimizarea securitatii Optimizarea securitatii privind furnizarea privind furnizarea energieienergiei

Reducerea gazelor Reducerea gazelor cu efect de seracu efect de sera

TRANZITIA CATRE O TRANZITIA CATRE O EECONOMCONOMIIE E ENERGETICA BAZATA PEENERGETICA BAZATA PE HIDROGEN HIDROGEN

Asa zisa "economie bazata pe hidrogen" este de fapt un proiect pe termen lung, care poate fi definit ca un efort de schimbare a unui sistem energetic existent cu altul care care se bazeaza pe se bazeaza pe capabilitatea hidrogenuluicapabilitatea hidrogenului ca si purtator de energie combinata cu eficienta pilelor de combustibilcu eficienta pilelor de combustibil ca si dispozitive de conversie a energiei chimice in energie electrica si caldura.

Planuri de actiune, initiative tehnologice si strategii de urmat au fost declansate pentru a stabili conditiile stiintifice si tehnologice

necesare pentru tranzitia catre economia hidrogenului.

CNHPC CNHPC - CONTEXT NA- CONTEXT NATTIONAL IONAL SSI INTERNAI INTERNATTIONALIONAL

O serie de centre de cercetare-dezvoltare care au drept obiectiv atat dezvoltarea de cercetari tehnologice cat si testarea si validarea tehnologiilor si echipamentelor din domeniul hidrogenului exista in intreaga lume (SUA, Japonia, Germania, Franta, Olanda, Spania sau Anglia.

Aceste centre si-au definit deja o strategie de dezvoltare si o strategie de dezvoltare si accelerareaccelerare a activitatilor de cercetare-dezvoltare in domeniul tehnologiilor hidrogenului, definindu-le intr-un cadru institutional de tip competitional dar coordonat la scara nationala.

Programele centrelor includ elemente cheie care trebuiesc abordate in vederea dezvoltarii sistemelor pentru producerea energiei pe baza de hidrogen, printre care:

Producerea si livrarea hidrogenului folosind diferite surse Stocarea hidrogenului Conversia hidrogenului in energie cu ajutorul pilelor de combustibil Dezvoltarea de aplicatii comerciale, incurajarea si stabilirea de

parteneriate si activitati de training si informare Efectuarea de demonstratii pentru a asigura feedback-ul la

programele de cercetare, masurarea progresului tehnologic si integrarea solutiilor.

CNHPC CNHPC - CONTEXT NA- CONTEXT NATTIONAL IONAL SSI INTERNAI INTERNATTIONALIONAL

Uniunea Europeana si-a propus o crestere a nivelului de integrare a activitatilor de cercetare-dezvoltare in acest domeniu, in anul 2006, prin crearea unui concept JTI-Joint Technology Initiative (Initiativa Tehnologica Comuna) ca entitate legala propusa in vederea realizarii unui nou tip de parteneriat public-privat in domeniul relevant de cercetare-dezvoltare la nivel european.

Oficial lansata in octombrie 2008, Initiativa Tehnologica Comuna pentru Hidrogen si Pile de Combustibil are un buget predefinit suficient pentru o perioada de timp de 6 ani si a fost creat cu intentia de a reduce seminificativ timpul necesar atingerii fazei comerciale.

Centru National pentru Hidrogen si Pile de Combustibil este membru cu drepturi depline in 'Research Group of Joint Technology Initiative – Joint Undertaking on Hydrogen and Fuel Cells'. Calitatea de membru accorda drepturi depline pentru participarea la luarea deciziilor in activitatea de definire a strategiilor Europene dar si participarea la apelurile ce vor fi lansate in cadrul acestui JTI.

CNHPC CNHPC - CONTEXT NA- CONTEXT NATTIONAL IONAL SSI INTERNAI INTERNATTIONALIONAL

““punand cercetarea in slujba punand cercetarea in slujba societatii energetice a viitorului”societatii energetice a viitorului”

aprofundarea cunoasterii stiintifice a proceselor fizice si chimice ce vizeaza tehnologia hidrogenului si a pilelor de combustibil

oferirea unei platforme pentru dezvoltarea de parteneriate tehnologice în acest domeniu de energie, combinand tehnologia si expertiza existente in cadrul Centrului.

Promovarea excelentei in cercetarea fundamentala si aplicativa Asigurarea suportului pentru dezvoltare de tehnologii si modele aplicative Consiliere si sprijin in luarea deciziilor si in desfasurarea activitatilor autoritatilor in privinta energiilor regenerabile in general si a tehnlogiilor hidrogenului in specialSprijin in activitatile de educare a studentilor si a tinerilor cercetaroriPromovarea si dezvoltarea cooperarii la nivel national si international

MISIUNEA DECLARATA A CNHPCMISIUNEA DECLARATA A CNHPC

Directii de CercetareDirectii de Cercetare

Producere de Hidrogen

Producere de Hidrogen

Pile de Combustibil – Proiectare, Testare, Validare

Pile de Combustibil – Proiectare, Testare, Validare

Aplicatii bazate pe pile de combustibil

Aplicatii bazate pe pile de combustibil

Investigarea, dezvoltarea si implementarea tehnologiilor de

producere a hidrogenului ultra

pur la un cost scazut din diverse surse, prioritare

fiind sursele regenerabile.

Accentul este pus pe faza de testare si

validare tehnologica, o gama

larga de instrumente de caracterizare si

facilitati de testare fiind operationale la

fata locului

Grupul de lucru al Centrului va oferi

suport tehnic pentu realizarea de produse sau proiecte pentru

integrarea sistemelor bazate pe pile de

combustibil de tip PEM, reducand

riscurile legate de comercializarea

acestei tehnologii.

Centrul National pentru Hidrogen are experienta, expertiza si facilitatile si instrumentatia necesara pentru a avea un rol esential in dezvoltarea oricarui aspect al asa-numitei economii bazate pe hidrogen.

Obtinerea de informatii definitorii privind mecanismul de oxidare catalitica, de reducere a oxigenului si de transport protonic prin membranele polimerice prin derularea de cercetari fundamentale si exploratorii, interdisciplinare Elaborarea de modele de simulare capabile a furniza datele de proiectare pentru procesoare de hidrogen si ansambluri de pile de combustibil Obtinerea primelor sisteme portabile de pile de combustibil pentru necesitati de back-up, in vederea realizarii unui sistem integrat competitiv din punct de vedere al costurilor si caracteristicilor cu sistemele conventionale existente (generatoare diesel). Realizarea unui sistem demonstrativ de generare energetica utilizand pile de combustibil cuplate intr-o retea similara cu retelele informatice tip Internet Dezvoltarea de sisteme demonstrative de statii de putere bazate pe utilizarea ca si transportator si stocator de energie si pe energii regenerabile ca si sursa primara.Elaborarea, la nivel de sistem experimental a unei tehnologii de producere a hidrogenului pe baza procesarii biomasei si a reactiilor termochimice

REZULTATE PRECONIZATE PANA IN 2020REZULTATE PRECONIZATE PANA IN 2020

Imbunatatirea caracteristicilor si optimizarea “RoHy- mobil” ca si aplicatie mobila a tehnologiilor bazate pe pilele de combustibil.Optimizarea in sensul scaderii costurilor de productie si a fiabilitatii pentru statiile de producere a hidrogenului prin reformare catalitica a metanului si implementarea unei noi solutii tehnologice de purificare prin permeatie. Realizarea de statii de putere concept RoHy, utilizand hidrogenul produs dintr-un reformer catalitic si amplasarea lor in scop demonstrativ in zone greu accesibile din punct de vedere a utilitatilor energeticeUtilizarea surselor de energie termica din centralele termice ca si cogenerare pentru producerea hidrogenului prin procese hibride Abordarea si obtinerea de modele experimentale privind sistemele de producere electrochimica a hidrogenului Elaborarea de coduri si proceduri de lucru pentru implementarea statiilor de putere cu pile de combustibil de puteri medii si mariDezvoltarea in cadrul Centrului a unei aplicatii demonstrative –aplicativ de statie de putere de 1-2 Mw bazata pe hidrogenului provenit din surse zonale.

REZULTATE PRECONIZATE PANA IN 2020REZULTATE PRECONIZATE PANA IN 2020 (2)(2)

Ianuarie 2009

Martie 2009

Mai 2009

Iulie 2009

Iunie 2009

EVOLUTIA EVOLUTIA CNHPCCNHPC

Laborator de electrochimie Laborator de electrochimie si analiza structurala si analiza structurala

DIRECTII DE CERCETARE:- Realizarea de membrane schimbatore de protoni in conceptie proprie; studii privind performantele membranelor;- Realizarea de catalizatori aferenti membranelor, cu toleranta sporita la otravire;- Realizarea de catalizatori aferenti diferitelor procese de obtinere a hidrogenului ultrapur din gaz metan, biogaz, disociere termochimica a apei, procese industriale;- Studii de materiale utilizate in electroliza apei cu membrane schimbatoare de protoni- Studii de materiale folosite in instalatiile de descompunere termochimica a apei;- Studii de material pentru membrane permselective specifice gazelor din domeniu pilelor de combustibil;- Studii privind realizarea de celule fotovoltaice cu straturi semiconductoare subtiri si pe suport flexibil;- Realizarea de structuri semiconductoare performante utilizate in celulele fotolizoare;- Studiul materialelor de stocare a hidrogenului;- Studiul materialelor pentru realizarea placilor bipolare ale pilelor de combustibil.

Laborator tehnologii de producere a hidrogenuluiLaborator tehnologii de producere a hidrogenului

DIRECTII DE CERCETARE:

- Instalatii de producere a hidrogenului prin reformarea catalitica a gazului metan, instalatii de tip Reformer Membrana;

•Producerea hidrogenului in electrolizoare cu membrana PEM de mica si medie capacitate;• Instalatie pilot de producere a hidrogenului prin disocierea termochimica a apei utilizind diferite variante de surse energetice.• Realizarea de ansambluri performante de celule fotolizoare pentru generarea de hidrogen.

Laborator tehnologic pile de combustibilLaborator tehnologic pile de combustibil

DIRECTII DE CERCETARE:

- Realizarea de pile si ansambluri de pile de combustibil in diferite variante constructive pentru temperaturi joase si inalte ;

• Studiul comportarii pilelor de combustibil in regimuri tranzitorii de functionare, cicluri repetate de pornire oprire. • Studii privind comportarea pilelor in cazul pornirii la temperaturi joase;• Imbunatatirea performantelor functionale ale pilelor in cazul alimentarii cu amestecuri de gaze cu concentartii diferite de gaze toxice atit pe intrarea anodica cat si pe intrarea catodica si care simuleaza conditiile reale de functionare a acestora.• Optimizarea parametrilor functionali de generare a energiei electrice la variatii de sarcina.

DIRECTII DE CERCETARE:- Sistem energetic complex utilizind turbine eoliene si panouri fotovoltaice cu stocarea surplusului energetic pe stocatoare de hidrogen ;- Sistem complex de cogenerare energie termica pe baza de pile de combustibil si panouri fotovoltaice optimizate;- Stand de testare pentru ansambluri de pile de combustibil ;- Turbine eoliene cu ax vertical cu lagare cu sustentatie magnetica ;- Realizarea de sisteme de control multivariabil de tip rigid pentru ansambluri de pile de combustibil de diferite nivele de putere ;- Elaborarea unui pachet de programe de configurare si dimensionare a sistemelor integrate energetice;- Aplicatii mobile si stationare ale pilelor de combustibil de tip PEM.

Grup sisteme integrate de putere Grup sisteme integrate de putere bazate pe hidrogen bazate pe hidrogen

0.8586 0.8645

0.7787

0.8532

0.70

0.74

0.78

0.82

0.86

0.90

1.E-11 1.E-10 1.E-09 1.E-08

Permeability

Ave

rag

e c

urr

en

t d

en

sity

DIRECTII DE CERCETARE:- Fundamentarea teoretica a cercetarilor prin modelare si simulare:

• Modelarea proceselor fizice , electrochimice si termodinamice dintr-o pila de combustibil in vederea optimizarii parametrilor functionali pentru obtinerea diverselor configutatii constructive ale ansamblurilor de pile de combustibil.• Modelarea proceselor fizico-chimice din instalatiile de procesare a hidrogenului activitate corelata cu proiectarea sistemelor de automatizare si control a acestora.• Modelarea sistemelor integrate energetice in vedere optimizarii randamentului energetic.

Grup de modelare matematica a proceselorGrup de modelare matematica a proceselor

Etapa Descrierea obiectivelor Data finalizare

Etapa preliminara

Instalarea principalelor echipamente si instrumentatie analítica prevazuta a fi utilizata in cadrul Centrului Decembrie

2009

Etapa de

implementare

Instalarea intregii capabilitati operationale pentru cele mai multe dintre sistemele demonstrative si realizarea seturilor complete de evaluare a performantelor

Proiectarea si realizarea unor sisteme integrate energetice axate pe surse primare regenerabile si utilizand hidrogenul ca vector energetic

Acumularea experientei si capabilitatii tehnologice pentru a fi recunoscut ca principala facilitate de cercetare-dezvoltare in domeniul hidrogenului din Romania

Noiembrie 2011

Etapa de excelenta

Stabilirea Centrului National pentru Hidrogen si Pile de Combustibil ca un centru european de excelenta, avand deja un portofoliu de proiecte si cooperari internationale precum si demararea de proiecte de tip pilot sau industrial cu parteneri economici din tara

Decembrie 2013

Etapa de validare

tehnologica

Demararea activitatilor de validare tehnologica si stabilirea procedurilor pentru testele finale pentru sisteme energetice bazate pe hidrogen ce pot fi introduse pe piata.

Desfasurarea de activitati de sustinere a partenerilor industriali pentru aplicatii ce pot fi comercialízate.

Decembrie 2014

Plan de actiune pe termen scurt si mediuPlan de actiune pe termen scurt si mediu

Cooperare posibila sau “ce poate CNHPC sa ofere”

Un partener puternic si de incredere Capabilitati si experienta in ceea ce priveste:

- operarea unor facilitati tehnologice si demonstrative;

- instrumentatia de laborator pentru caracterizarea suprafetelor catalizatorilor utilizati la pilele de combustibil;

- statiile de testare a pilelor de combustibil;

- echipamentul de determinare a permeabilitatii pentru diferite gaze.

O retea de colaboratori din mediul de cercetare si din cel al agentilor economici.

Parteneriate la nivel nationala prin crearea unui Grup de Initiativa in Cercetarea Hidrogenului, dar si la nivel international.

Centrul National pentru Hidrogen si Pile de Combustibil se doreste a reprezenta un pol al cercetarilor si dezvoltarilor tehnologice in domeniul hidrogenului, nu numai in sensul derularii de programe pe care le va implementa prin echipa sa de cercetare dar si prin multitudinea de servicii si facilitati pe care le ofera altor organizatii nationale care sunt interesate in domeniu.

Exista in cadrul Centrului un numar de echipamente de testare si validare tehnologica a tehnologiilor si echipamentelor bazate pe pile de combustibil care au fost achizitionate in ideea de a crea o facilitate la nivel national si a polariza necesitatile de cercetare si dezvoltare a mai multor organizatii de cercetare.

CONCLUZII

CONCLUZII

Un parteneriat solid public-privat ar trebui incurajat, in vederea gasirii unor modalitati de colaborare pentru dezvoltarea si utilizarea energiei pe baza de hidrogenTranzitia catre economia bazata pe hidrogen a inceput si ar putea dura mai multe decenii, proces la care si Romania trebuie sa devina un participant activGuvernele trebuie sa implementeze si sa sustina politici coerente de energie care stabilesc ca si prioritare hidrogenul – lucrul care trebuie sa fie valabil si pentru Romania

Ramnicu Valcea

INC-DTCI - ICSI RM. VALCEACentrul National pentru Hidrogen si

Pile de Combustibil