L’idrogeno verde, prodotto utilizzando energia rinnovabile, rappresenta attualmente solo lo 0,1% della produzione globale di idrogeno. Ma è una scommessa potente per risolvere il problema dell’intermittenza delle rinnovabili e per decarbonizzare l’industria pesante. Aumentare l’idrogeno verde presenta delle sfide, ma la moderna tecnologia digitale potrebbe fornire alcune delle risposte. Ecco come.
Il potenziale dell’idrogeno verde di bloccare l’intermittenza del solare e del vento mentre brucia come il gas naturale e funge da materia prima nei processi chimici industriali ha suscitato l’interesse di imprese, governi e investitori. L’idrogeno verde viene prodotto attraverso l’elettrolisi, un processo che separa l’acqua in idrogeno e ossigeno, utilizzando l’elettricità generata da fonti rinnovabili. Oggi rappresenta solo lo 0,1% della produzione mondiale di idrogeno. Tuttavia, il calo dei costi sia dell’elettricità rinnovabile (che rappresenta circa il 70% del costo di produzione dell’idrogeno) che della tecnologia dell’elettrolisi indicano che l’idrogeno verde potrebbe essere il prossimo miglior investimento nel mondo dell’energia pulita.
Per molti operatori del petrolio e del gas, grandi servizi pubblici, industrie dall’acciaio ai fertilizzanti e altro ancora, l’idrogeno verde è considerato la migliore scommessa per armonizzare l’intermittenza delle energie rinnovabili e al tempo stesso decarbonizzare i settori industriali, chimici e dei trasporti affamati di energia.
Sfide attuali per Green Hydrogen
Sebbene l’idrogeno verde stia guadagnando terreno in tutti i settori, deve ancora affrontare numerose sfide.
1 – Conoscenza ridotta sulla progettazione ottimale e sul ritorno sull’investimento, limitando così la bancabilità. Per soddisfare la domanda del mercato, le organizzazioni dovranno ampliare e migliorare i propri progetti di impianti di idrogeno verde. Tuttavia, sulla base di dati di mercato limitati e di una scarsa maturità nello spazio, l’ottimizzazione della progettazione degli impianti e dei sistemi di idrogeno verde end-to-end può essere costosa e incredibilmente complessa. Inoltre, molti di questi grandi impianti di idrogeno verde sono costruiti all’interno di cluster industriali esistenti, il che aggiunge un’altra dimensione di progettazione per garantire un impatto limitato sulle operazioni esistenti durante la transizione all’idrogeno verde.
2 – Manodopera specializzata limitata e costi operativi elevati. Mentre l’aumento dell’idrogeno verde creerà innumerevoli nuove opportunità di lavoro, molte persone non hanno ancora la formazione e le competenze necessarie per sostenere l’economia dell’idrogeno. Man mano che l’industria matura, una carenza di lavoratori specializzati ne ostacolerà il progresso. L’idrogeno verde è anche incredibilmente difficile e costoso da immagazzinare e trasportare. È un gas altamente infiammabile con una bassa densità volumetrica, che richiede investimenti in condotte e trasportatori specializzati.
3 – Elevate perdite di energia. L’idrogeno verde perde una notevole quantità di energia in ogni punto della catena di approvvigionamento. Circa il 30-35% dell’energia utilizzata per produrre idrogeno viene persa durante il processo di elettrolisi; la liquefazione o la conversione dell’idrogeno in altri vettori, come l’ammoniaca, provoca una perdita di energia del 13-25%; e il trasporto dell’idrogeno richiede input energetici aggiuntivi che sono tipicamente pari al 10-12% dell’energia propria dell’idrogeno. L’uso dell’idrogeno nelle celle a combustibile comporterà un’ulteriore perdita di energia del 40-50%. Queste inefficienze, se non ottimizzate, richiederanno un significativo dispiegamento di energia rinnovabile per alimentare elettrolizzatori di idrogeno verde in grado di competere con l’elettrificazione finale.
4 – Prelievi e valore dell’idrogeno verde. La sfida principale è come monetizzare l’idrogeno verde. In primo luogo, mentre l’idrogeno verde a basso costo può essere prodotto in luoghi soleggiati (come Australia, Portogallo, Spagna o Tunisia), le industrie che prelevano di solito non sono nelle vicinanze. Ciò crea la necessità di pipeline dedicate, con tutti i tempi ei costi associati. Inoltre, la valorizzazione dell’idrogeno verde presuppone la certificazione di garanzia di origine e la convertibilità in crediti di carbonio; entrambi i processi sono ancora in fase di sviluppo e oggetto di accesi dibattiti.
Soluzioni tecnologiche per l’idrogeno verde
Tra maggiori investimenti, supporto governativo, sviluppo ingegneristico e una forza lavoro qualificata, la tecnologia digitale è una delle leve critiche per accelerare la transizione all’idrogeno verde, in particolare l’intelligenza artificiale delle cose (AIoT), una combinazione di intelligenza artificiale e tecnologia dell’internet delle cose che consente l’ottimizzazione e l’automazione dei sistemi attraverso una migliore gestione e analisi dei dati
Gemelli digitali.
Prima di impegnare il capitale, gli investitori vogliono sapere quale configurazione di sistema ottimizzerà il loro rendimento. Dalla capacità del fotovoltaico alla capacità dell’elettrolizzatore, ai buffer (come l’energia e lo stoccaggio dell’idrogeno), devono essere considerate molteplici variabili. I gemelli digitali possono modellare più progetti e scenari, incluse variabili come condizioni meteorologiche, volatilità della domanda di acquirenti e infrastrutture locali (attuale e futura), ottimizzando ogni progetto per massimizzare il ritorno sull’investimento e ridurre al minimo il rischio. Le stime indicano che l’analisi del gemello digitale può ottimizzare la spesa in conto capitale (CAPEX) del 10-15% riducendo il rischio del 30-50%, insieme a una variazione marginale della spesa operativa (OPEX).
Monitoraggio e controllo.
Il consumo di energia, le prestazioni dell’impianto, i tassi di produzione, la purezza e lo stoccaggio sono tra gli indicatori chiave di prestazione (KPI) per la produzione di idrogeno che richiedono visibilità per garantire una produzione efficiente. L’AIoT può offrire un rilevamento rapido delle anomalie utilizzando allarmi intelligenti, sensori sugli asset per monitorare i KPI e lo stato degli asset e il monitoraggio remoto basato su cloud oltre le sale di controllo. Fornire il monitoraggio in tempo reale delle operazioni dell’impianto e dello stato delle risorse, insieme al controllo remoto delle risorse, può ridurre i costi del 10-20% attraverso un minor consumo di energia e una forza lavoro semplificata. Sfruttare i modelli di monitoraggio, coerenti con la progettazione dei gemelli digitali, consente agli investitori di vedere la loro posizione rispetto al piano aziendale e di intraprendere azioni per ridurre eventuali perdite.
Analisi avanzate.
L’analisi può trasformare i dati in business intelligence con informazioni fruibili. Per l’idrogeno verde, l’agitazione e l’apprendimento attraverso i dati provenienti da impianti, serbatoi, tubi, prelevatori di energia e persino il tempo, e l’applicazione di analisi a livello di impianto o di flotta possono fornire raccomandazioni di azioni correttive per massimizzare i rendimenti. Le perdite di energia possono essere prevenute prevedendo i guasti e ottimizzando i tempi di attività dell’elettrolizzatore, aumentando così i ricavi e diminuendo l’OPEX. Sfruttare i modelli di analisi coerenti con i loro gemelli digitali consente a investitori e banchieri di “chiudere il ciclo di progettazione” e prendere decisioni strategiche e tattiche per ottimizzare i propri rendimenti.
Certificati di origine.
La garanzia di origine (GoO) è un prerequisito per monetizzare l’idrogeno verde certificando la natura rinnovabile di tutta l’elettricità consumata. Le installazioni monitorate da AIoT possono sfruttare i dati quasi in tempo reale per automatizzare l’input agli emittenti di GoO: questo evita l’elaborazione manuale, offre maggiore sicurezza e affidabilità e aumenta la protezione per il futuro poiché sempre più certificazioni si evolvono verso il tempo reale e l’automazione. L’AIoT può anche garantire la tracciabilità end-to-end lungo l’intero ciclo di vita dell’idrogeno verde, dalla culla alla tomba.
Conclusione
L’idrogeno verde offre una soluzione di decarbonizzazione ai settori industriale, chimico e dei trasporti. Combinate con maggiori investimenti, supporto governativo, progressi ingegneristici e una forza lavoro qualificata, le soluzioni AIoT saranno fondamentali per consentire la transizione all’idrogeno verde e svolgeranno un ruolo fondamentale nello sforzo globale di decarbonizzazione. Stimiamo che le soluzioni abilitate all’AIoT possano ridurre CAPEX e OPEX del 15% – 25%, accelerando il ridimensionamento dell’idrogeno verde commercialmente redditizio da quattro a sette anni. Forse allora, le industrie chiave, gli aerei e le navi potrebbero essere alimentate al 100% da idrogeno verde.
Liberamente tradotto da un articolo di:
Sylvie Ouziel, International President, Envision Digital, Envision Group
Luiz Avelar, Strategy Director, Envision Digital, Envision Group
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IDROGENO NELL’INDUSTRIA
Al giorno d’oggi, l’idrogeno viene utilizzato in diversi processi industriali. Tra le altre applicazioni, è importante sottolineare il suo utilizzo come materia prima nell’industria chimica e anche come agente riduttore nell’industria metallurgica.
The Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking (FCH JU)
L’ FCH JU è un partenariato pubblico privato unico che sostiene le attività di ricerca, sviluppo tecnologico e dimostrazione (RST) nelle tecnologie energetiche delle celle a combustibile e dell’idrogeno in Europa.
Vedi anche @Hydrogen Europe
