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Le energie rinnovabili a basso costo potrebbero rendere l'idrogeno verde un sostituto pratico dei combustibili fossili
L'idrogeno prodotto utilizzando l'elettricità generata dall'energia eolica o solare potrebbe fornire una fonte di energia pulita e a emissioni zero. L'Europa è all'avanguardia.
Franziska Barczyk
24 febbraio 202110 tecnologie innovative 2021: idrogeno verde
Perchè importa:L'idrogeno verde può sostituire il gas naturale, il diesel e la benzina utilizzati in navi, camion, autobus e automobili.
Giocatori chiave:• Thyssen Krupp
• Ottieni il nucleo H2 Nowega
• Nel Hydrogen
• Siemens
Disponibilità:Ora
L'idrogeno è un combustibile attraente. Un chilogrammo di idrogeno ha circa tre volte più energia di una quantità comparabile di diesel o benzina. Se può essere realizzato in modo pulito ed economico, potrebbe essere la chiave per ripulire una serie di settori vitali difficili.
Oggi, la maggior parte dell'idrogeno prodotto viene prodotto combinando gas naturale con vapore ad alte temperature. È un processo ad alta intensità energetica che emette notevoli quantità di anidride carbonica, il principale gas serra che guida il cambiamento climatico. Ma una piccola e crescente percentuale si ottiene scindendo l'acqua nei suoi elementi costitutivi facendola zappare con l'elettricità, un processo noto come elettrolisi. Anche questo richiede molta energia, ma se l'elettricità proviene da una fonte rinnovabile come l'energia eolica o solare, produce emissioni nocive minime.
Questa storia faceva parte del nostro numero di marzo 2021
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Questo cosiddetto idrogeno verde è oggi circa tre volte più costoso da produrre dell'idrogeno derivato dal gas naturale (che è principalmente metano, le cui molecole sono composte da un atomo di carbonio legato a quattro atomi di idrogeno). Ma questa è la metà di quello che costava 10 anni fa. E poiché il costo dell'energia eolica e solare continua a diminuire e le economie di scala intorno alla produzione di idrogeno verde si attivano, potrebbe diventare molto più economico. Se ciò accade, l'idrogeno verde ha il potenziale per diventare un combustibile fondamentale per un futuro decarbonizzato. Parallelamente, con il miglioramento delle tecniche di cattura del carbonio, l'idrogeno può essere estratto dal gas naturale senza rilasciare tanta anidride carbonica nell'atmosfera.
L'idrogeno è prezioso in parte per la sua versatilità. Può essere bruciato come sostituto di combustibili fossili come carbone, petrolio e gas naturale. Questi combustibili producono tutti anidride carbonica quando vengono bruciati, mentre la combustione di idrogeno puro in una turbina produce solo vapore acqueo. Tuttavia, catalizza anche la produzione di ossidi di azoto nocivi a causa delle alte temperature coinvolte. Un altro modo per utilizzare l'idrogeno è nelle celle a combustibile, che combinano l'idrogeno con l'ossigeno per creare acqua ed elettricità, il contrario dell'elettrolisi, senza produrre ossidi di azoto.
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Come la caduta dei costi solari ha rinnovato le speranze di idrogeno pulito Mentre le nazioni fanno i calcoli su come raggiungere i loro obiettivi climatici, l'idrogeno verde appare sempre più essenziale.L'idrogeno può alimentare veicoli tra cui automobili, autobus, treni e aerei, sia attraverso celle a combustibile che bruciandolo direttamente. La combustione dell'idrogeno può anche fornire calore a zero emissioni di carbonio per l'uso in acciaierie, cementifici e altri settori. E l'idrogeno verde può sostituire l'idrogeno già utilizzato come materia prima in qualsiasi cosa, dalle raffinerie agli impianti di fertilizzanti, riducendo le emissioni di anidride carbonica. Anche alcuni siti industriali, come acciaierie e stabilimenti chimici, possono utilizzare l'ossigeno prodotto come sottoprodotto.
Indipendentemente da come viene prodotto, lo stoccaggio e il trasporto dell'idrogeno in modo sicuro e conveniente rimane difficile, soprattutto per alcune applicazioni promettenti come l'aviazione. Ecco perché un'altra opzione è combinare l'idrogeno con il carbonio, che può essere catturato dall'atmosfera in un processo chiamato cattura dell'aria o dalle ciminiere, per produrre combustibili idrocarburici sintetici liquidi che sono più facili da gestire dell'idrogeno. Questi combustibili liquidi possono essere un sostituto più pulito e simile per benzina o diesel.
L'idrogeno può anche essere utilizzato per immagazzinare energia da impianti di energia rinnovabile, che può quindi essere riconvertita in elettricità e immessa nella rete se il vento diminuisce, le nuvole entrano o aumenta la domanda.
Con così tanti usi possibili, il Agenzia Internazionale dell'Energia (IEA) prevede che entro il 2050 l'idrogeno potrebbe fornire oltre il 10% del fabbisogno energetico globale, producendo oltre 11 milioni di gigawattora di energia all'anno. Ciò richiederà più di 4 trilioni di dollari in infrastrutture per la produzione, lo stoccaggio e il trasporto di idrogeno.
La sola Europa punta a 40 gigawatt di capacità di elettrolisi entro il 2030. (Ciò corrisponderebbe a circa il 2% della previsione dell'AIE per il 2050). Dall'inizio del [2020] c'è un'ondata di tsunami di opportunità. È incredibile il numero di progetti grandi e realistici in arrivo, afferma Christoph Noeres, che dirige il business dell'idrogeno verde per Uhde Chlorine Engineers, una sussidiaria del conglomerato tedesco ThyssenKrupp.
Quanto era verde la mia valle
Valli dell'idrogeno —progetti regionali che collocano impianti di elettrolisi dove possono servire a molteplici scopi industriali—si stanno formando in tutta Europa. Vicino ad Amburgo, nella Germania settentrionale, ThyssenKrupp fa parte di un consorzio di idrogeno verde da 89 milioni di euro (107 milioni di dollari), supportato da una sovvenzione di 30 milioni di euro dal governo tedesco. Il progetto previsto comprende una raffineria, un cementificio, gruppi elettrogeni e un parco eolico offshore.
Inizialmente il suo idrogeno verde sostituirà dell'idrogeno grigio, come viene talvolta chiamato idrogeno derivato dal gas naturale, utilizzato nella raffineria. Il gruppo tedesco prevede quindi di far reagire l'idrogeno con l'anidride carbonica catturata dal cementificio per produrre sia metanolo, una materia prima chimica, sia carburante sintetico per aviogetti.
A circa 240 chilometri (150 miglia) a sud-ovest, un altro consorzio di idrogeno verde riutilizzerà i gasdotti dismessi per trasportare gas idrogeno. Il consorzio prevede di costruire un elettrolizzatore da 100 megawatt. Da lì, spera di convogliare l'idrogeno attraverso una rete di 130 chilometri nella regione industriale della Ruhr.
Due tipi di elettrolizzatori producono la maggior parte dell'idrogeno verde. Gli elettrolizzatori alcalini immergono gli elettrodi in acqua drogata con liscivia o potassa; Gli elettrolizzatori PEM utilizzano una membrana solida attraverso la quale possono fluire i nuclei di idrogeno.
Se questa riconversione funzionasse, gli elettrolizzatori collegati ai vecchi tubi potrebbero in definitiva servire l'idrogeno verde a quasi tutte le principali industrie tedesche. Ciò allenterà la pressione sulla rete elettrica congestionata della Germania e fornirà anche una pronta fornitura di energia di riserva per periodi bui e senza vento.
202110 tecnologie rivoluzionarie
Altri grandi progetti stanno iniziando in Olanda, Italia, Spagna, Francia, Gran Bretagna, Canada, Australia, Giappone e Cina. Inizialmente, l'idrogeno prodotto da questi progetti sarà costoso. Tuttavia, la società di consulenza McKinsey stima che entro il 2030 l'idrogeno verde sarà economico quanto l'idrogeno grigio, grazie all'elettrolisi più economica e alla generazione di elettricità rinnovabile, nonché all'aumento dei costi del carbonio.
Il sole splende luminoso
Se l'idrogeno vuole essere all'altezza del suo potenziale, la politica pubblica sarà fondamentale. Per cominciare, i regolatori o i legislatori dovranno istituire politiche per consentire anche ai gasdotti esistenti di trasportare idrogeno, noto come miscelazione, e imporre tagli alle emissioni di carbonio per generare domanda di idrogeno.
Alcune di queste cose stanno già accadendo. Germania ha apportato un importante cambiamento alla fine dell'anno scorso, liberando i produttori di idrogeno verde dal pagare alcuni supplementi sull'elettricità. Questo è stato, in effetti, un riconoscimento da parte del governo che l'idrogeno verde è un'estensione dell'energia eolica e solare rinnovabile. Altre normative in discussione in Germania e in tutta Europa richiederebbero riduzioni di carbonio nelle raffinerie e nelle acciaierie e in altre industrie pesanti, ai sensi della Direttiva sulle energie rinnovabili della Commissione europea.
Jack Brouwer, direttore associato del programma Advanced Power and Energy presso l'Università della California, a Irvine, afferma che sono necessarie politiche simili per far funzionare l'idrogeno verde negli Stati Uniti, ma le discussioni sono appena iniziate.
Mentre i governi europei impongono che i gasdotti accettino idrogeno verde, in quantità fino al 12% in volume nei Paesi Bassi, gli operatori del gas statunitensi spesso si oppongono alla miscelazione.
Il blocco della miscelazione dell'idrogeno è un serio ostacolo, secondo Brouwer. California ha già una norma che impone che un terzo dell'idrogeno pompato nelle stazioni di servizio per i veicoli a celle a combustibile provenga da fonti rinnovabili. Ma attualmente è difficile ottenere idrogeno verde. Brouwer afferma che se i produttori potessero utilizzare i gasdotti esistenti come rete di distribuzione, potrebbero costruire con profitto più elettrolizzatori in aree remote particolarmente ventose o soleggiate.
Ci sono anche molti ostacoli tecnici da superare. La portata dell'energia eolica e solare necessaria per gestire una rete globale di impianti di elettrolisi è enorme. Brouwer fa il caso che un futuro sostenibile è semplicemente impossibile senza fare molto affidamento sull'idrogeno. Potrebbe avere ragione.