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Cos'è l'idrogeno, vantaggi e svantaggi della produzione di idrogeno

Vantaggi e svantaggi delle diverse tecnologie di produzione di idrogeno (green)

Sommario

Xebec è un fornitore globale di soluzioni di energia pulita per la generazione di gas rinnovabili e a basse emissioni di carbonio utilizzati in campo energetico, mobilità e industriali.
Attivo in nord America, Europa & Middle East e Asia.
Generazione e purificazione on-site di biometano (upgrading biogas), purificazione idrogeno, h2 da smr, elettrolizzatori e Ossigeno&Azoto.
La missione è quella di contribuire alla transizione verso un futuro a basse emissioni di carbonio accelerando la produzione di gas rinnovabili.
Occorre un modello di sviluppo sostenibile che integri la crescita economica alla responsabilità sociale e ambientale.

Occorre innanzitutto interrogarsi sulle questioni che contano prima di domandarsi quali sono i vantaggi e gli svantaggi delle diverse tecnologie di produzione di idrogeno (green).

- Mutamento climatico: l'essere umano devo contribuire alla transizione del pianeta verso un futuro a basse emissioni di carbonio accelerando la produzione di gas rinnovabili;
- Risparmio di carburante e di emissioni durante la fase di utilizzo: le emissioni durante la fase di utilizzo sono un'importante caratteristica che risponde alle nuove esigenze dei clienti e alle loro necessità di contenere i costi;
- Gestione dell'energia: l'energia è un input nella produzione industriale di prodotti, e consiste principalmente nel consumo di elettricità e negli acquisti di carburante, quindi gestire il modo in cui la nostra energia viene reperita e i relativi consumi fa parte del controllo dei costi tanto quanto l'impatto potenziale da parte delle normative o delle tasse sui carburanti fossili;
- Fonti di materiali: mentre creiamo tutti i nostri prodotti, le nostre attività di produzione prevedono per lo più l'assemblaggio di unità di purificazione di gas con l'impiego di componenti e materiali forniti da terzi. Sotto questo profilo, siamo dipendenti da alcuni fornitori; laddove questi non fossero più in grado o disposti a fornirci materiali e componenti rispondenti ai nostri requisiti di qualità, quantità, costo e consegna, potremmo non riuscire a reperire materiali e componenti sostitutivi idonei presso altri fornitori, con conseguenze negative sui nostri ricavi e margini di profitto;
- Gestione del capitale umano: Gli addetti ai lavori corrono ogni giorno rischi di salute e sicurezza a causa dell'esposizione a macchinari e attrezzature. Ciò è particolarmente vero per le attività di saldatura e di movimentazione di componenti in metallo molto grandi e pesanti. La sicurezza dei dipendenti è una priorità centrale per le aziende e a tal fine è importante tenere continuamente riunioni sulla salute e la sicurezza e adottare misure di miglioramento;
- Progettazione di riproduzione e assistenza: la rigenerazione di attrezzature e componenti può offrire opportunità di riduzione dei costi riducendo l'acquisto di materie prime, generare nuovi flussi di entrate e rafforzare i rapporti con i clienti rispondendo meglio alle loro esigenze di pezzi di ricambio, nonché aiutandoli a dirottare le risorse dai canali di smaltimento o riciclaggio.

Oggigiorno si parla di quali sono i vantaggi e svantaggi delle diverse tecnologie di produzione di idrogeno (green)
L'idrogeno è uno dei nuovi vettori energetici più importanti per un futuro sostenibile, in cui ridurremmo le emissioni di gas serra. Da diversi decenni l'idrogeno è perciò utilizzato come vettore energetico e non solo come materia prima.
La maggior parte dell'idrogeno prodotto nel mondo deriva da processi industriali, oppure è ottenuto come sottoprodotto dalla raffinazione del petrolio e dalle lavorazioni dell'industria chimica.

Il gas di idrogeno è utilizzato nell'industria principalmente per creare atmosfere riducenti o come vettore energetico nelle applicazioni con celle a combustibile. L'idrogeno può essere impiegato in diversi settori, processi e applicazioni, quali produzione di vetro flottato, trattamento dei metalli, produzione di semiconduttori, idrogenazione degli alimenti, processi chimici e automobili con celle a combustibile.

L'Idrogeno Oggi:
1. Il più Grande Mercato dei gas Industriali:
- Materia prima;
- Gas di processo;
- Atmosfere protettive.
2. Crescita annua del 7%.
3. Nuovo mercato futuro
- Mobilità;
- Applicazioni energetiche.
4. Quota di mercato per gas:
- Idrogeno 31%;
- Azoto27%;
- Ossigeno 25%;
- Altro 17%.

La supply chain dell'idrogeno vede partire la filiera dalla produzione dell'idrogeno. Le tecnologie per la produzione sperimentano ognuna differenti criticità. Per la produzione di idrogeno direttamente in combinazione con celle a combustibile sono allo studio piccoli reformer (reforming a vapore, ossidazione parziale). Questi sistemi sono destinati soprattutto ad applicazioni mobili in veicoli e in piccoli sistemi fissi. Si passa al trasporto. L'idrogeno può essere trasportato mediante gasdotti oppure attraverso la movimentazione con veicoli dedicati.

Si affrontano le problematiche attualmente in essere nella logistica del trasporto, fondamentale per connettere la produzione agli utilizzi finali. L'idrogeno può essere stoccato ad elevate pressioni con modalità differenti, dallo stoccaggio in fase gassosa con bombole e bomboloni allo stoccaggio in unità geologiche (cavità in depositi salini e, potenzialmente, in giacimenti depletati di idrocarburi e acquiferi profondi), in forma liquida o attraverso carrier dedicati. Lo stoccaggio risulta determinante per garantire la flessibilità nella produzione di energia dall'idrogeno.

Emissioni per la Produzione
- Emissioni più basse con tecnologia SMR;
- CO2 , Nox e PM.

Trasporti

Trasporto fino all'end-user:
- H2 Gas;
Metodo più usato;
Compresso a 200/300 bar;
- H2 Liquido;
Molto energivoro;
Raffreddato e condensato a -253°C;

Il trasporto di H2 è molto energivoro;
- Peso Camion + Serbatoi: 30,000kg;
- Idrogeno trasportato (gas): 300-400kg;
- Idrogeno trasportato (liquid): ~3,500kg.

Emissioni totali per le furniture di Idrogeno

Grandi differenze in emissioni
- 63% differenza di emissione CO2;
- 1130% differenza di emissione NOx;
- 1457% differenza di emissione particolato.

Recupero Idrogeno

Ulteriore idrogeno può essere recuperato dal monossido di carbonio (CO) attraverso la reazione di spostamento del gas d'acqua, che si ottiene a circa 450 °C.

Zero emission da trasporto o produzione
- Unici consumi/emissioni sono elettrici.
Futuro - il ruolo delle rinnovabili

Innovazione tecnologica, costi ridotti, finanziamenti pubblici e privati, politiche favorevoli e preferenze dei consumatori sono stati fattori chiave nell'adozione delle energie da fonti rinnovabili (RES). La transizione energetica potrà avvenire in tante modi ma le rinnovabili ne saranno un pilastro.

Le emissioni medie di CO2 per kWh diminuiscono gradualmente
- Break-even a 187g CO2/kWh

Le emissioni di NOx e PM10 richiedono fattori di emissione ultra bassi per la generazione di energia.

I colori dell'idrogeno

Grigio, blu o verde: questi i "colori" dell'idrogeno.

"L'idrogeno grigio" è quello prodotto dai combustibili fossili, in particolare dal metano tramite la reazione di steam reforming, che produce CO2. Se la stessa reazione viene associata alla cattura della CO2 prodotta allora si parla di "idrogeno blu". In questo momento l'idrogeno grigio copre la maggior parte dell'idrogeno prodotto.

Il migliore e l'unico veramente pulito è "l'idrogeno verde". L'idrogeno verde è l'unico che assicura due importanti vantaggi:
1) utilizzo primario di fonti rinnovabili;
2) emissioni zero (solo vapore acqueo).

I colori dell'idrogeno: composizioni
1. Idrogeno grigio: acqua + Gas Naturale oppure + Mix Elettrico Attuale;
2. Idrogeno Blu: acqua + Gas Naturale oppure + Mix Elettrico Attuale. All'idrogeno si somma CO2 Cattura & Stoccaggio;
3. Idrogeno Verde: acqua + Elettricità Rinnovabile oppure + Biogas;
4. Idrogeno azzurro: acqua e Biogas danno idrogeno che se sommato al CO2 Cattura & Stoccaggio dà Emissione di Bio CO2 e Emissione negative di CO2;
5. Recupero Idrogeno: idrogeno di scarto Dai processi industriali.

Conclusioni

Le minori emissioni si hanno:
- Con sistemi di recupero dell'idrogeno;
- (Ad oggi) gli SMR sono la soluzione meno impattante;
- La Produzione direttamente in sito riduce le emissioni legate al trasporto.

Nel Futuro

- SMR da biometano e cattura CO2 forniranno soluzioni Carbon Negative;
- La parità ambientale per gli elettrolizzatori la sia otterrà al raggiungimento di emissioni inferiori per la produzione di energia elettrica:
- < 187 g CO2 /kWh (oggi 296);
- < 0.01 g NOx /kWh (oggi 0.49);
- ~0 g PM10/kWh (oggi 0.02).

Articoli tecnico scientifici o articoli contenenti case history
Fonte: mcTER Idrogeno Web Edition giugno 2021 Idrogeno, prospettive e applicazioni di oggi e di domani
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