Ancora lontani da una produzione intensiva di idrogeno verde
SPECIALE IDROGENO. Nonostante la crescente diffusione dell'idrogeno verde in tutta Europa, la capacità di produzione di idrogeno convenzionale rappresenta oltre il 95% del totale
#idrogeno, #transizioneenergetica
Introduzione
Il 90% della crescente domanda mondiale di energia è soddisfatta dai combustibili fossili e dal carbone. Di conseguenza si osserva un continuo aumento del livello di CO2 nell'atmosfera. A questo si aggiunge l’esaurimento delle riserve di combustibili fossili in quanto non sono risorse rinnovabili.
Il cambiamento climatico come conseguenza dell'aumento del livello di CO2 è stato identificato come una delle sfide più critiche per l'umanità e richiede un'azione immediata.
E’ necessario raggiungere una significativa riduzione delle emissioni di CO2 entro il 2050 ciò implica che l'umanità deve trasformare la sua tecnologia energetica da una base fossile a una rinnovabile.
La produzione attuale di idrogeno si basa su uno stretto numero di tecnologia: steam reforming del metano, reforming della nafta, gassificazione del carbone, ossidazione parziale degli idrocarburi, elettrolisi dell’acqua.
Nonostante la crescente diffusione dell'idrogeno pulito in tutta Europa, la capacità di produzione di idrogeno convenzionale ha rappresentato il 99,3% del totale nel 2020
Il settore per l'idrogeno rinnovabile sta aumentando. In parte a causa dell'aumento vertiginoso dei prezzi del gas naturale, i costi medi di produzione dell'idrogeno fossile per il 2021 sono stati stimati a 2,65 EUR/kg e sono cresciuti fino a 10 EUR/kg nell'agosto 2022. Di conseguenza, l'idrogeno rinnovabile ha iniziato a diventare competitivo in termini di costi rispetto all'idrogeno fossile. I costi stimati di produzione di idrogeno rinnovabile nell'UE, nel Regno Unito e in Norvegia nel 2021 variano da 3,3 EUR/kg a 6,5 EUR/kg, mentre, in aree geografiche limitate con le migliori condizioni di irraggiamento solare e vento, è possibile ridurre tali costi fino a 2,2-2,9 EUR/kg.
Capacità di produzione di idrogeno in Europa
Alla fine del 2020, in Europa erano presenti 504 siti di produzione di idrogeno operativi una capacità produttiva totale di 11,5 Mt all'anno. Germania, Paesi Bassi, Polonia, Italia e Francia hanno la maggiore capacità di produzione di idrogeno.
Le principali tecnologie produttive sono:
Captive reforming. Si riferisce alla produzione di idrogeno da steam reforming, ossidazione parziale, gassificazione e reforming autotermico di combustibili fossili che viene successivamente utilizzato in loco. Questi processi rappresentano la più grande capacità di produzione di idrogeno. Questa categoria comprende anche l'idrogeno prodotto nelle raffinerie come sottoprodotto, ad esempio durante il reforming catalitico.
Merchant reforming. Si riferisce alla produzione da steam reforming, ossidazione parziale, gassificazione e reforming autotermico di combustibili fossili. L’idrogeno successivamente entra nel mercato.
Sottoprodotto di produzione (etilene, stirene). Si riferisce alla capacità di produzione di idrogeno come sottoprodotto della produzione di etilene e stirene.
Sottoprodotto di produzione (da elettrolisi). Si riferisce alla capacità di produzione di idrogeno come sottoprodotto dalla produzione di cloro e clorato di sodio.
Reforming (cattura del carbonio). Si riferisce al reforming, alla gassificazione o all'ossidazione parziale dei combustibili fossili che hanno anche l’impianto per la cattura del carbonio delle emissioni.
Elettrolisi dell’acqua. Si riferisce alla capacità di produzione di idrogeno via elettrolisi dell’acqua.
Capacità totale di produzione di idrogeno dei primi 8 maggiori paesi produttori in base al processo di produzione. Essi rappresentano il 74% della produzione totale in Europa. Clicca sull’immagine per ingrandire. (Credit HydrogenEurope)
I metodi di produzione convenzionali di reforming, ossidazione parziale, gassificazione, produzione di sottoprodotti da operazioni di raffinazione e produzione di sottoprodotti da etilene e stirene rappresentano il 95,7% della capacità totale.
L'elettrolisi dei sottoprodotti (ovvero la capacità da cloro e clorato di sodio produzione) rappresenta il 3,7%.
La trasformazione di energia elettrica in idrogeno ha rappresentato solo lo 0,1% della capacità totale di produzione di idrogeno nel 2020.
Capacità di produzione di energia elettrica in idrogeno (PtH, power-to-hydrogen)
Sebbene la tecnologia power-to-hydrogen sia disponibile e utilizzata da decenni, sta emergendo solo ora come tecnologia del futuro per la produzione di idrogeno su larga scala.
Negli anni passati, l'alimentazione a idrogeno era impiegata in alcuni settori in cui la domanda di idrogeno superava la fattibilità economica delle consegne di idrogeno in bombole o rimorchi tubolari, ma la domanda era insufficiente per investire in un riformatore di metano a vapore e nelle relative infrastrutture in loco.
Le installazioni power-to-hydrogen sono quasi raddoppiate passando da 85 MW nel 2019 a 162 MW nell'agosto 2022.
Inoltre ci sono dozzine di progetti che entreranno in funzione entro il 2025.
La domanda di idrogeno per settori
La domanda totale di idrogeno nel 2020 è stata stimata a 8,7 Mt rispetto agli 8,4 Mt dell’anno precedente.
La quota maggiore della domanda di idrogeno proviene dalle raffinerie, responsabili del 50% dell'uso totale di idrogeno (~4,4 Mt), seguita dall'industria dell'ammoniaca con il 29% (~2,5 Mt). Insieme, questi due settori hanno consumato il 79% del consumo totale di idrogeno nell'UE, nell'EFTA e nel Regno Unito.
Circa il 13% viene consumato per la produzione di metanolo e altri usi nell'industria chimica.
Il consumo totale di idrogeno nell'UE, nell'EFTA e nel Regno Unito rappresenta solo l'8,7% della domanda globale di idrogeno nel 2020.
Analisi dei costi di produzione dell'idrogeno nell'UE.
Nel 2021, i costi stimati di produzione di idrogeno verde nell'UE (+Regno Unito e Norvegia) sono variati da 3,3 EUR/kg a 6,5 EUR/kg, mentre, in aree geografiche limitate con le migliori condizioni di irraggiamento solare e vento, è possibile ridurre quelli costa a partire da 2,2-2,9 EUR /kg.
Di conseguenza, per la prima volta, l'idrogeno rinnovabile sta diventando competitivo in termini di costi rispetto all'idrogeno "grigio", per il quale i costi medi di produzione per il 2021 sono stati stimati a 2,65 EUR al kg, con una crescita fino a 10 EUR /kg nel 2022 legato ai prezzi elevati del gas naturale.
Progetti energia-idrogeno (PtH)
La capacità totale pianificata dei progetti PtH in Europa è di 191.364 MW di potenza installata di elettrolizzatori entro il 2040 (644 progetti) con ulteriori 2.233 MW (41 progetti) con una data di inizio non specificata.
Progetti PtH cumulativi pianificati entro il 2040 in MW e numero di progetti. Clicca sull’immagine per ingrandire. (Credit HydrogenEurope)
Ci sono 628 progetti PtH pianificati con date di inizio annunciate pari a 138.554 MW entro il 2030. A medio termine, ci sono 379 progetti pianificati per un totale di 31.170 MW entro il 2025. La Figura 1 presenta i progetti PtH pianificati cumulativi per anno fino al 2040.
Sulla base delle informazioni disponibili, 165 MW di capacità aggiuntiva di PtH dovrebbero entrare in funzione entro la fine del 2022 e 1.284 MW entro il 2023.
Riferimenti
BP, Statistical Review of World Energy. (2021).
Andreas Borgschulte, The Hydrogen Grand Challenge, Front. Energy Res., Sec. Hydrogen Storage and Production, Volume 4 - 2016
Dmove.it, Cos’è l’idrogeno nero e grigio? Si ricava da carbone e metano, le fonti odiate (ma diffuse)
RMI, Energia pulita 101: Idrogeno
ENEA, I ‘colori’ dell’idrogeno nella transizione energetica
Hydrogen Europe, Hydrogen - a carbon-free energy carrier and commodity, novembre 2021
GlobalData, Hydrogen
Kompakt, Pyrolysis, ottobre 2022
Lee et al., Scenario-Based Techno-Economic Analysis of Steam Methane Reforming Process for Hydrogen Production, Appl. Sci. 2021, 11(13), 6021; https://doi.org/10.3390/app11136021
Energoclub, steam reforming
Sotacarbo, Idrogeno verde: elettrolisi ed elettrolizzatori
ScienceDirect, Photoelectrochemical Cell
HydrogenEurope, Clean Hydrogen Monitor 2022
 Idrogeno dalla fotoelettrolisi |
La North Adriatic Hydrogen Valley  |
Articoli correlati
