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Ambiente & Turismo

Transizione energetica. A proposito di idrogeno (parte seconda)— Energy transition. About hydrogen (Part two)

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di emigrazione e di matrimoni

Transizione energetica. A proposito di idrogeno (parte seconda)

di Marco Andreozzi

A proposito di idrogeno, i costi di produzione da elettrolisi sono elevati e dovrebbero scendere a livelli interessanti entro il 2030, oscillanti grosso modo tra 1 e 2,5 /kg. Oggi si può spingere su alcuni utilizzi precisi dello stesso vettore energetico. Ad esempio, il settore della logistica marittima, che in termini di emissioni climalteranti vale un quarto di tutto il trasporto merci mondiale (10% del totale), circa un miliardo di tonnellate annue. Nell’Unione Europea proprio quest’anno il settore delle spedizioni marittime è previsto entri nel sistema di scambio delle emissioni (ETS) e le principali compagnie di spedizione si stanno già muovendo verso la decarbonizzazione. La danese Maersk si è data l’obiettivo emissioni-zero entro il 2050, e nel 2019 una nave da Rotterdam a Shanghai impiegava una miscela al 20% di bio-combustibile.

Secondo il Centro di Studi Strategici Internazionali (CSIS) di Washington, l’alternativa migliore al combustibile pesante in uso sulle grandi navi – anche inquinante e dal 2020 con l’obbligo di limitare il contenuto di zolfo sotto lo 0,5% m/m (in massa) – è proprio l’impiego di celle combustibili. Esse, in sintesi, sono pile atte a generare energia senza combustione, ma per reazione elettrochimica di idrogeno e ossigeno, in modo analogo alle batterie elettriche e con efficienze intorno al 60%. I pacchi batteria al litio ricaricabili potrebbero essere un’alternativa se fossero di dimensioni accettabili, ma per muovere tali enormi navi servirebbe troppo spazio, insostenibile oltre al già menzionato pesante impatto geo-ambientale della filiera relativa. Inoltre, sebbene l’idrogeno liquido abbia densità energetica più bassa del combustibile navale, le navi mercantili attuali potrebbero essere riconvertite alla propulsione a celle combustibili con interventi minimamente influenti sullo spazio di carico.

Il fatto che l’idrogeno in contatto con l’ossigeno sia estremamente infiammabile a basse come ad alte concentrazioni è una criticità da tenere sotto controllo con adeguata tecnologia. Viceversa, la possibilità di poterlo stoccare a lungo è il pregio, nel settore dei trasporti e in generale impiegando caverne sotterranee come in uso per il gas naturale (riserve energetiche di sicurezza). Parliamo, naturalmente, del solo idrogeno ‘verde’ da elettrolisi generata con fonti rinnovabili, che sono per definizione variabili e di impiego diretto, appunto. A questo proposito, segue una notazione di dettaglio strategico per l’Italia, visto che il costo dell’elettricità da eolico e solare fotovoltaico (FV) converge in entrambi i casi su valori sotto 0,04 €/kWh e potrà ancora scendere.

La produzione mondiale su tutta la filiera afferente la realizzazione di impianti FV dipende per il 70% da un solo Paese: la Cina. Invasività troppo concentrata di produzioni a basso costo unitamente all’invasività ‘spaziale’ degli stessi moduli FV per unità di energia prodotta, per giunta a bassissimi livelli di efficienza – oggi fino al 17% per i moduli monocristallini – e che oltre tutto decresce nel tempo. L’eolico e soprattutto l’eolico fuori-costa, di cui si è già parlato, è la tecnologia rinnovabile adeguata e sostenibile per la bella penisola bagnata dal mare. Addirittura, recentissimi sviluppi di ricerca applicata puntano su barche che autoproducano l’idrogeno necessario per le celle combustibili direttamente dall’acqua di mare. Sviluppi da perseguire e, attenzione, proprio per l’Italia urge incentivare tangibilmente la R&S tecnologica marina: che il mare nostrum sia ancora una volta nel destino positivo dell’Italia!

 

Energy transition. About hydrogen (Part two)

by Marco Andreozzi

Speaking of hydrogen, production costs from electrolysis are high and should fall to interesting levels by 2030, roughly between 1 and 2.5 €/kg. Today, however, we can push on some precise uses of this same energy vector. For example, the maritime logistics sector, which in terms of climate-change emissions is worth a quarter of all world trade transport (10% of the total), about one billion tons per year. In the European Union this year the shipping sector is expected to enter the emissions trading system (ETS) and the main shipping companies are already moving towards decarbonisation. Denmark’s Maersk has set itself a zero-emissions target by 2050, and in 2019 a ship from Rotterdam to Shanghai was using a 20% bio-fuel blend.

According to the Center for International Strategic Studies (CSIS) in Washington, the best alternative to bunker fuel used on large ships – also polluting and from 2020 with the mandatory limit of sulfur content below 0.5% m/m (by mass) – is precisely the use of fuel cells. In short, they are stacks designed to generate power without combustion, but through electrochemical reaction of hydrogen and oxygen, in a similar way to electric batteries, and with efficiencies around 60%. Rechargeable lithium-ion battery packs could be an alternative if they were of acceptable size, but to move these giant ships would require too much space, unsustainable in addition to the already mentioned heavy geo-environmental impact of the relevant supply chain. Furthermore, although liquid hydrogen has lower energy density than marine fuel, current merchant ships could be retrofitted to fuel-cell propulsion with minimally impacting cargo space interventions.

The fact that hydrogen in contact with oxygen is extremely flammable at low as well as high concentrations is a critical issue to be kept under control with adequate technology. Vice versa, the storage possibility for a long time is the asset, in the transport sector and in general by using underground caverns as in use for natural gas (security energy reserves). We are speaking, of course, of the sole ‘green’ hydrogen from electrolysis generated with renewable sources, which are by definition variable and of direct use, in fact. In this regard, a notation of strategic detail for Italy follows, given that the cost of electricity from wind and solar photovoltaic (PV) converges in both cases on values below 0.04 €/kWh and may still fall.

70% of world production across the entire supply chain relating to PV facilities depends on one country: China. Too concentrated invasiveness of low-cost products together with the spatial invasiveness of the PV modules themselves per unit of energy produced, in addition to very low levels of efficiency – today monocrystalline modules join up to 17% – and which moreover decreases over time. Wind power and above all off-shore wind power, which has already been discussed, is the adequate and sustainable renewable technology for the bella peninsula ‘washed’ by the sea. Indeed, very recent developments in applied research focus on boats that self-generate the hydrogen necessary for fuel cells directly from seawater. Developments to be carried on and attention, particularly for Italy it is urgent to tangibly incentivize marine technological R&D: may the mare nostrum be once more in Italy’s positive destiny!

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