05/11/2021: L'idrogeno per l’infrastruttura energetica

Produrre idrogeno verde su larga scala ed a bassi costi è un passo indispensabile per poter abbattere le emissioni dell’industria energivora e della mobilità pesante

Con l’intento di raggiungere la climate-neutrality entro il 2050, l’Europa deve trasformare il suo sistema energetico, che attualmente rappresenta il 75% delle emissioni di gas serra dell’Unione europea (Ue). In questo senso la Commissione europea ha adottato due strategie, per l’integrazione del sistema energetico e per l’idrogeno.

Una nota della Commissione Ue afferma che queste due strategie prevedono un nuovo programma di investimenti nell’energia pulita, in linea con il pacchetto della ripresa Next Generation EU e l’European Green Deal. Gli investimenti previsti dovrebbero aiutare a stimolare la ripresa economica della crisi pandemica e consentire la creazione di posti di lavoro in Europa in settori strategici e che risultano essere cruciali per la resilienza dell’Europa. Come affermato dal Responsabile dell’European Green Deal - Frans Timmermans – le strategie adottate oggi ci metteranno saldamente sulla strada della decarbonizzazione delle nostre economie entro il 2050. La nuova economia dell’idrogeno e dei settori ad essa collegati può rappresentare un motore di crescita e quindi aiutare a superare il danno economico causato dall’emergenza pandemica.

Secondo la Commissione Europea, la transizione graduale all’idrogeno prevede nel periodo 2020-24 il sostegno all’installazione di una capacità di almeno 6 gigawatt di elettrolizzatori per la produzione di idrogeno rinnovabile nell’Ue, con l’obiettivo di riuscire a produrre fino ad un milione di tonnellate di idrogeno rinnovabile.

Dal 2025 al 2030 tale metodo deve diventare parte integrante del sistema energetico integrato in ogni stato dell’Unione, con una capacità di almeno 40 gigawatt di elettrolizzatori per la produzione di idrogeno rinnovabile al fine di ottenere una produzione pari a 10 milioni di tonnellate di idrogeno rinnovalbile nell’area Ue.

Per il ventennio successivo 2030 – 2050 le tecnologie che utilizzano l’idrogeno rinnovabile dovrebbero raggiungere la maturità ed essere implementate su larga scala in tutti i settori che sono difficili da decarbonizzare detti anche settori “hard to abate”.

L’idrogeno verde ha tutte le caratteristiche per supportare la transizione energetica, afferma Giorgio Graditi – Direttore del dipartimento ENEA di Tecnologie Energetiche e Fonti rinnovabili. L’idrogeno è un gas leggero e ad alto contenuto di energia per unità di massa che è possibile produrre su scala industriale oltre ad essere più facile da immagazzinare a lungo termine rispetto all’elettricità e capace di produrre energia pulita perché alla sua combustione non è associata la produzione di CO₂.

Il progetto prototipale

È in questo quadro che si inserisce il progetto Prometeo (Hydrogen PROduction by MEans of solar heatand power in high TEmperature – Solid Oxide Electrolysers SOE) coordinato da ENEA e che prevede un investimento di 2,7 milioni di euro, di cui circa 2,5 milioni finanziati dall’Unione Europea attraverso il programma FCH-JU (Fuel Cells and HydrogenJoint Undertaking) .

Nel progetto sono coinvolte imprese e istituzioni di ricerca italiane ed europee: la trentina Fondazione Bruno Kessler, la spagnola IMDEA Energy e l’Istituto di ricerca svizzero EPFL che con Enea saranno tutti impegnati nel processo d’integrazione del prototipo con le fonti rinnovabili, l’italo svizzera SOLIDpower fornirà elettrolizzatori ed il sistema di termo-regolazione, mentre il gruppo italiano Maire Tecnimont sarà a capo dell’ingegnerizzazione del prototipo e della messa in marcia dell’impianto attraverso due sue controllate, l’italiana NextChem e l’olandese Stamicarbon; l’italiana SNAM si occuperà dell’iniezione di idrogeno verde nella rete gas.

Obiettivo del progetto è riuscire a garantire continuità di produzione di idrogeno verde da elettrolisi anche quando l’energia rinnovabile da fonte solare, fotovoltaico e/o eolico non è disponibile a causa dell’intermittenza o nei periodi in cui è più conveniente utilizzarla, come ad esempio al verificarsi di condizioni di surplus di produzione ottenendo un considerevole abbattimento dei costi di produzione e rendendo tale energia competitiva rispetto a quella derivante da fonte fossile.

Si tratta del sistema di elettrolisi dell’ossido solido Solid Oxide Elecrolysis – (SOE), una tecnologia altamente efficiente per convertire il calore ed energia in idrogeno dall’acqua. Tuttavia, il calore per la generazione del vapore potrebbe non essere disponibile per alimentare il sistema di elettrolisi ad ossido solido (SOE) – generatore di idrogeno - quando è alimentato da energia rinnovabile a basso costo, ad esempio solare, fotovoltaico o eolico.

Pertanto la sfida è ottimizzare l’accoppiamento del sistema SOE con le due fonti intermittenti: elettricità rinnovabile non programmabile e calore solare ad alta temperatura generato da impianti solari a concentrazione Concentrating solar – (CS) con l’aiuto di un sistema di gestione di accumulo di energia termica Thermal Energy Management System – (TEMS), che opera in modo che il calore rimanga abbastanza caldo dal sostenere l’elettrolisi ad ossido solido (SOE) a basso costo ma ad alta efficienza.

Il progetto prototipale prevede di realizzare un sistema completamente integrato, dove il SOE combinato con il TES saranno in grado di far operare in modo efficiente le fonti di calore ad energia intermittente (solare/fotovoltaico/eolico) per la produzione di idrogeno verde senza nessuna emissione di ossidi di azoto.

Il prototipo dovrà soddisfare le applicazioni industriali che rappresentano l’utenza finale, contemperando aspetti di sostenibilità, criteri di sicurezza e scalabilità nei settori ad alta intensità energetica quali la mobilità pesante sia su gomma che ferroviaria, l’industria siderurgica e quella chimica.

L’altro obiettivo del progetto è l’individuazione di processi d’integrazione della tecnologia proposta dal progetto prototipale nell’infrastruttura energetica del paese, accoppiando la rete gas e la rete elettrica. L’idrogeno così prodotto potrà essere convertito in metano o essere immesso nella rete interna del gas naturale. In questo modo sarebbe possibile accumulare energia prodotta da fonte rinnovabile, agendo come elemento d’integrazione della rete elettrica con la rete gas.

Il centro di ricerca

L’Enea in quanto coordinatore del progetto prevede presso il suo centro di ricerche a Casaccia, alle porte di Roma, di realizzare un insieme di infrastrutture hi-tech per la ricerca e la sperimentazione lungo tutta la filiera dell’idrogeno: dalla produzione alla distribuzione, dall’accumulo all’utilizzo come materia prima per la produzione di combustibili puliti e come vettore energetico, per ridurre le emissioni di CO₂ nell’industria, nella mobilità, nella generazione di energia e per il settore residenziale.

Presso il centro di ricerca Enea di Casaccia, saranno avviate anche sperimentazioni di nuove tecnologie per la produzione d’idrogeno, ad esempio attraverso l’utilizzo dei rifiuti (biomasse residuali) oltre all’impiego di calore rinnovabile a media-alta temperatura prodotto da impianti solari a concentrazione (CS).

L’idrogeno può contribuire in maniera determinante alla lotta contro il cambiamento climatico preservando una positiva interdipendenza commerciale dell’Ue e, in una visione più ampia, in tutto il Mediterraneo. Un forte coordinamento tra settore privato e pubblico (decisori politici) sarà la chiave per ridurre i costi della “messa a terra” di tutte le fasi realizzative della filiera dell’idrogeno e servirà a varare programmi ed iniziative di successo per l’interscambio internazionale dell’idrogeno come vettore energetico.

Per approfondimenti

• Hydrogen: Commission launches project collection for European Clean Hydrogen Alliance investment pipeline
• Clean Molecules across the Mediterranean. The Potential for North African Hydrogen Imports into Italy and the EU 
• Molecole pulite attraverso il Mediterraneo: prospettive per l'export di idrogeno dal Nord Africa all'Italia e all'UE

Fonte: ARPAT