È importante notare che, attualmente, meno del 2% della produzione globale di idrogeno proviene da elettrolizzatori e una piccola parte dal riciclo energetico. In un momento in cui si prevede che una serie di nuove applicazioni – al di là dell'industria e della chimica – utilizzeranno l'idrogeno come propellente o soluzione alternativa per l'accumulo di energia, potrebbe essere utile esaminare la situazione attuale e cosa aspettarsi nei prossimi anni.
Possiamo raggiungere oggi il 100% di idrogeno verde?
La produzione globale di idrogeno è stimata intorno ai 70 milioni di tonnellate (Mt), principalmente da gas naturale (75%) e carbone (23%). La produzione di questa quantità di idrogeno richiede livelli di consumo pari a 205 miliardi di metri cubi di gas naturale (6% del consumo globale) e 107 Mt di carbone (2% del consumo globale). Sulla base dei metodi di produzione esistenti, la produzione globale di idrogeno è responsabile di 830 Mt di emissioni di CO2 all'anno. Produrre idrogeno da combustibili fossili senza catturare la CO2 emessa durante la produzione è il metodo più economico (1 $/kgH2).
Pertanto, alla luce dell'ultimo rapporto del Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici (IPCC), che mostra come le emissioni di gas serra derivanti dalle attività umane siano responsabili di un riscaldamento di circa 1,1 °C dal 1850 al 1900, e utilizzando stime medie per i prossimi 20 anni, si prevede che la temperatura globale raggiungerà o supererà 1,5 °C di riscaldamento, con un impatto drammatico sul clima e sulla società, è evidente che accelerare la transizione verso l'"idrogeno pulito" è fondamentale.
Se tutta l'attuale produzione di idrogeno (70 milioni di tonnellate) provenisse dall'elettrolisi dell'acqua (che utilizza acqua ed elettricità per creare idrogeno), genererebbe un fabbisogno annuo di elettricità pari a 3.600 terawattora (TWh), superiore alla quantità di elettricità prodotta dall'Unione Europea in un anno. La quantità di acqua necessaria per produrre H2 tramite elettrolisi sarebbe di 617 milioni di metri cubi, circa il doppio dell'attuale consumo idrico per l'idrogeno prodotto dal gas naturale. Inoltre, la quantità di energia rinnovabile disponibile per la produzione di idrogeno rimane marginale e limitata ad applicazioni su piccola scala. La sfida è enorme, ed è proprio questo che appassiona gli ingegneri.
Come possiamo ottenere idrogeno pulito in grandi quantità?
Con l'impiego dell'idrogeno come fonte di energia alternativa e la forte esigenza di ridurre l'impronta di carbonio globale durante il processo di conversione, la produzione di idrogeno deve essere localizzata, stoccata e distribuita in modo più efficiente.
Un rapporto di Goldman Sachs del settembre 2020 sull'idrogeno verde ha stimato che entro il 2050 l'Europa dovrà aumentare la propria capacità di elettrolisi di 8.000 volte rispetto ai livelli attuali. Allo stesso tempo, gli ingegneri dovranno intensificare la ricerca per rendere gli elettrolizzatori altamente efficienti, con tecnologie come gli elettrolizzatori a ossido solido ad alta temperatura (SOE) che mostrano grandi potenzialità.
Figura 01: Mappa globale delle valli dell'idrogeno a maggio 2021 - Fonte PRBX/FCH
Per raggiungere l'obiettivo del 2050 e il volume necessario di idrogeno verde, sono state intraprese diverse iniziative regionali in tutto il mondo. Avviata oltre 10 anni fa, l'Europa è in netto vantaggio e, nel gennaio 2021, è stata lanciata la "Piattaforma della Valle dell'Idrogeno" per interconnettere i progetti regionali e condividere le migliori pratiche. Originariamente commissionata dall'Unione Europea e sviluppata dalla Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking, la piattaforma "Mission Innovation Hydrogen Valley" ha suscitato un notevole interesse nella comunità globale e ora comprende progetti in tutto il mondo (Figura 01).
Quando la Valle dell'Idrogeno diventa realtà:
in Europa, i Paesi Bassi settentrionali sono diventati la prima regione a ricevere un finanziamento per la sua Valle dell'Idrogeno. La richiesta di finanziamento da parte dei Paesi Bassi settentrionali è stata approvata dalla Common Undertaking for Fuel Cells and Hydrogen (FCH JU) della Commissione Europea e, nel gennaio 2020, è stato avviato il progetto sessennale "Applicazioni dell'energia H2 (in) ambienti vallivi (per) i Paesi Bassi settentrionali", noto come HEAVENN.
Figura 02: Progetto NortH2 e traguardi verso il 2050 - Fonte: PRBX/GASUNIE
Il progetto HEAVENN è unico perché comprende e collega l'intera catena del valore dell'idrogeno all'interno di un'unica regione geografica. Coinvolge 31 soggetti pubblici e privati provenienti da sei paesi europei. I progetti includono la produzione su larga scala di idrogeno verde come materia prima per l'industria, lo stoccaggio, il trasporto e la distribuzione dell'idrogeno, nonché la sua applicazione per l'approvvigionamento energetico nell'industria, nell'edilizia e nei trasporti.
Dato il numero di progetti che stanno sviluppando le "Valli dell'Idrogeno" in tutto il mondo, non c'è dubbio che il volume di idrogeno verde aumenterà rapidamente, ma anche il suo prezzo diminuirà fino a scendere al di sotto di 1,5 euro/kg.
Il progetto NortH2 è un buon esempio di Valle dell'Idrogeno e del suo ecosistema. Situato a Eemshaven, nel nord dei Paesi Bassi, il progetto mira a produrre un milione di tonnellate di idrogeno all'anno da un parco eolico offshore. Come mostrato nella Figura 2, NortH2 comprende la produzione, lo stoccaggio, il trasporto tramite gasdotto e la distribuzione dell'idrogeno.
Figura 03: Panoramica semplificata dell'accumulo di energia - Fonte PRBX/IEA
L'idrogeno potrebbe fornire soluzioni per lo stoccaggio di energia a lungo termine.
L'esperimento NortH2 rappresenta inoltre un eccellente caso di studio per valutare il potenziale utilizzo dell'idrogeno per lo stoccaggio di energia, affrontando un problema comune a molti impianti di energia rinnovabile, ovvero la produzione di elettricità in eccesso che non possono immettere nella rete, come accaduto in Australia e con i grandi parchi eolici.
Sebbene la conversione di energia rinnovabile in idrogeno tramite elettrolizzatori e di idrogeno in elettricità tramite celle a combustibile non sia attualmente molto efficiente, sono stati compiuti progressi e la ricerca sta avanzando rapidamente. Come mostrato nella Figura 3, una volta immagazzinato, l'idrogeno rimane disponibile per un periodo molto più lungo rispetto ad altri metodi e in volumi molto elevati. Le celle a combustibile possono essere attivate su richiesta per alimentare la rete durante i periodi di picco dei consumi.
L'esperimento NortH2 è solo uno dei tanti esempi che dimostrano come l'idrogeno contribuirà alla produzione di energia a zero emissioni di carbonio e allo stoccaggio di energia ad alta capacità.
Riferimenti:
Powerbox (PRBX)
Impresa congiunta sulle celle a combustibile e l'idrogeno
Applicazioni dell'energia a idrogeno negli ambienti vallivi dei Paesi Bassi settentrionali
Informazioni su Powerbox
Fondata nel 1974, con sede centrale in Svezia e presente in 15 paesi in quattro continenti, Powerbox serve clienti in tutto il mondo. L'azienda si concentra su quattro mercati principali: industriale, medicale, trasporti/ferroviario e difesa, per i quali progetta e commercializza sistemi di conversione di potenza di alta qualità per applicazioni esigenti. La missione di Powerbox è quella di sfruttare la propria esperienza per migliorare la competitività dei clienti, soddisfacendo tutte le loro esigenze energetiche. Ogni aspetto dell'attività aziendale è guidato da questo obiettivo, dalla progettazione di componenti avanzati alla fornitura di un elevato livello di servizio clienti. Powerbox è riconosciuta per le sue innovazioni tecniche che riducono il consumo energetico e per la sua capacità di gestire l'intero ciclo di vita del prodotto, minimizzando al contempo l'impatto ambientale. Powerbox fa parte del Gruppo Cosel.
Informazioni sull'autore:
Patrick Le Fèvre, Direttore Marketing e Comunicazione di Powerbox, è un esperto di marketing e ingegnere certificato con 35 anni di successi nel settore dell'elettronica di potenza. È stato un pioniere nella commercializzazione di nuove tecnologie, come l'energia digitale, e in iniziative tecniche per ridurre il consumo energetico. Le Fèvre è autore e ha presentato numerosi white paper e articoli alle principali conferenze internazionali sull'elettronica di potenza. Questi sono stati pubblicati oltre 350 volte da testate giornalistiche di tutto il mondo. Partecipa inoltre a diversi forum ambientali, condividendo la sua esperienza e conoscenza sulle energie pulite.
Patrick Le Fèvre,
Direttore Marketing e Comunicazione di Powerbox
