Elettrolisi su larga scala e suo ruolo nella decarbonizzazione globale

La decarbonizzazione dell’economia globale è uno dei compiti più importanti del 21° secolo. Ma è incredibilmente complesso e coinvolge un mosaico di tecnologie, parti interessate, normative e investimenti in continua evoluzione. Raggiungere lo zero netto entro il 2050 richiede molto di più che un cambiamento a livello individuale o aziendale. Sono inoltre necessari cambiamenti infrastrutturali su larga scala che alimentano quasi ogni aspetto della vita quotidiana. 

L’idrogeno verde prodotto attraverso l’elettrolisi su larga scala utilizzando fonti rinnovabili è vitale per il puzzle della decarbonizzazione globale. Il crescente interesse per lo sviluppo e l’implementazione di soluzioni di idrogeno verde da parte di imprese, enti pubblici e investitori sta guidando una significativa innovazione nel settore delle tecnologie pulite. 

Ma cos’è l’elettrolisi e perché la sua applicazione su larga scala è così cruciale per l’economia emergente dell’idrogeno?  

Comprendere l'elettrolisi

L'elettrolisi è un'efficiente reazione elettrochimica che utilizza l'elettricità per scomporre l'acqua (H2O) nei suoi elementi fondamentali: idrogeno (H2) e ossigeno (O). L'elettrolisi è considerata completamente “verde” – nel senso che il processo non emette gas a effetto serra (GHG) – quando l'elettricità utilizzata per dividere l'acqua proviene da fonti rinnovabili come l'energia solare, idroelettrica o eolica. A sua volta, l’idrogeno prodotto è classificato come “verde” in quanto non emette gas serra se utilizzato come combustibile o fonte di energia. 

Altri metodi di produzione dell’idrogeno, come la gassificazione della biomassa, il reforming del gas naturale e la scissione termochimica dell’acqua, sono tutti metodi collaudati e maturi, ma ciascuno di essi comporta impatti ambientali più gravi legati ai gas serra. Poiché l’elettrolisi verde è un processo a emissioni zero, l’elettrolisi su larga scala è rapidamente diventata popolare come percorso verso la decarbonizzazione.

Elettrolisi su larga scala

Su larga scala si riferisce al livello di potenza assorbita da un sistema elettrolizzatore. L'industria spesso classifica un sistema da 1 megawatt (MW) come su piccola scala rispetto a un intervallo da 20 MW a 150 MW per un sistema su larga scala. Questo si basa sui sistemi in funzione nel mondo, con il il più grande sistema di elettrolisi PEM al mondo attualmente in funzione con tecnologia Accelera™ di Cummins a Bécancour, Quebec, Canada. Con una potenza di 20 MW, il sistema è composto da elettrolizzatori Accelera HyLYZER® PEM e può produrre oltre 3,000 tonnellate di idrogeno all’anno utilizzando energia idroelettrica pulita.

L’elettrolisi su larga scala può accelerare l’adozione di idrogeno a emissioni zero a prezzi accessibili ed è anche considerata una soluzione interessante per lo stoccaggio di energia rinnovabile in eccesso. Quando viene prodotta energia rinnovabile in eccesso (ad esempio, il sole splende, ma la domanda di elettricità sulla rete è inferiore all'offerta), quell'energia può essere immessa in un elettrolizzatore e immagazzinata come idrogeno per lunghi periodi di tempo. Una volta che l’energia è necessaria, l’idrogeno può essere utilizzato da una cella a combustibile, nella quale subisce l’elettrolisi inversa e si trasforma in elettricità utilizzabile.

Accelera sta sviluppando un sistema elettrolizzatore con stack di produzione di idrogeno più elevati e moduli da 25 MW, che lo rendono adatto a progetti di elettrolizzatori ancora più grandi (>200 MW). Questa tecnologia sarà fondamentale per progetti più grandi e sarà prodotta nel ns Impianto di produzione di elettrolizzatori con sede negli Stati Uniti a Fridley, Minnesota, e nel nostro nuovo stabilimento di produzione di elettrolizzatori a Guadalajara, Castilla-La Mancha, Spagna.

L’economia emergente dell’idrogeno

Secondo il Consiglio dell'idrogeno, ci sono attualmente oltre 1,000 progetti sull’idrogeno in corso in tutto il mondo. Entro il 2030, poco meno di 800 di questi saranno implementati completamente o parzialmente, contribuendo a una fornitura globale di 38 milioni di tonnellate di idrogeno verde all’anno. Si tratta di un aumento significativo rispetto al meno di 1 milione di tonnellate prodotte nel 2023. Lo slancio si sta muovendo nella giusta direzione, ma il numero di investimenti e progetti relativi all’idrogeno a emissioni zero dovrà aumentare in modo significativo per soddisfare la domanda di una domanda netta di idrogeno a zero emissioni. economia zero. 

Oggi, la maggior parte dell’idrogeno mondiale viene utilizzata in processi industriali come la raffinazione del petrolio, la produzione di ammoniaca, di metanolo e di acciaio. La maggior parte di questo idrogeno viene prodotta utilizzando combustibili fossili, creando un’enorme opportunità per ridurre le emissioni globali passando all’elettrolisi utilizzando elettricità rinnovabile. Nel settore dei trasporti, i veicoli alimentati a idrogeno diventeranno più sostenibili man mano che verranno create le infrastrutture e il costo della tecnologia continuerà a diminuire. I carburanti a base di idrogeno potrebbero anche offrire ai settori del trasporto marittimo e dell’aviazione più scelte quando si tratta di alternative a basse emissioni di carbonio.  

La fattibilità dell’idrogeno a emissioni zero per i veicoli a celle a combustibile e i processi industriali dipende ancora dai costi. Dal punto di vista economico, nessuno è pronto a un cambiamento completo oggi perché è ancora più costoso dell’idrogeno prodotto con altri mezzi a causa dei costi più elevati delle nuove tecnologie, della nuova capacità rinnovabile e della distribuzione. Tuttavia, sempre più governi stanno offrendo incentivi e sussidi crescenti per contribuire a rendere il passaggio all’idrogeno verde più realizzabile entro il 2030. 

Accelera sta investendo attivamente nella capacità del prodotto per ottenere una produzione di idrogeno su larga scala con elevata modularità e con il minimo ingombro sul mercato. L’idea è quella di consentire la produzione di idrogeno con flessibilità per ottenere costi operativi inferiori e abbassare il costo dell’idrogeno per kg man mano che la rete si decarbonizza. In altre parole, fornire un elettrolizzatore di dimensioni ottimali in grado di regolare la propria capacità in base al fattore di carico di energia pulita disponibile e aumentare la propria efficienza producendo più idrogeno.

Guidare il cambiamento strutturale

Esistono, tuttavia, alcuni ostacoli significativi a un’economia globale dell’idrogeno. A parte il costo attuale della produzione di idrogeno pulito, forse la sfida più grande è la portata delle infrastrutture necessarie: costruire una rete per trasportare l’idrogeno da dove viene generato a dove verrà utilizzato. 

Un’opzione è quella di creare una rete di gasdotti per l’idrogeno. Se la pipeline esistente potesse essere riutilizzata, questa potrebbe essere una delle soluzioni di distribuzione a costo più basso. I gasdotti esistenti e le infrastrutture associate nella maggior parte dei paesi potrebbero essere adattati per essere utilizzati per l’idrogeno, ma realizzare tale transizione sarebbe complesso e richiederebbe comunque investimenti e tempo significativi. 

Un'altra opzione è trasportare l'idrogeno da dove viene generato a dove è necessario. Per mantenere il processo privo di emissioni, anche questi camion di distribuzione dovrebbero essere veicoli a emissioni zero e richiederebbero una propria infrastruttura di rifornimento per trasportare l’idrogeno attraverso il paese, perpetuando lo scenario dell’uovo e della gallina.

Fortunatamente, stiamo assistendo ad una rete emergente di partenariati pubblici e privati ​​che cercano di fornire soluzioni a questo problema complesso. Ma sarà necessaria molta più collaborazione tra i governi che importano ed esportano energia, i fornitori di elettricità rinnovabile, i produttori di gas industriale, i servizi di elettricità e gas, i produttori di automobili, le società di petrolio e gas, le principali società di ingegneria e le città. Gli investimenti nell’idrogeno hanno il potenziale per stimolare una nuova crescita tecnologica e industriale a livello globale, portando alla creazione di posti di lavoro qualificati.

Perché l’elettrolisi su larga scala è importante?

L’ampliamento dei progetti e delle capacità di elettrolisi è importante per diversi motivi: 

Diminuire il costo dell’idrogeno 

L’idrogeno a emissioni zero è costoso oggi e il suo costo deve diminuire per consentirne un’ampia adozione. Grazie alle economie di scala e alle innovazioni tecnologiche, man mano che i costi di produzione diminuiscono, diminuiscono anche i costi per i clienti, aprendo la strada all’adozione in più mercati e regioni. Man mano che l’uso dell’idrogeno diventa più diffuso, le infrastrutture seguiranno l’esempio. 

Espansione della decarbonizzazione 

L’idrogeno a prezzi accessibili consentirà ad altri settori, come i trasporti a medio e lungo raggio e i processi industriali, di decarbonizzarsi. Ciò faciliterà un’adozione più ampia di veicoli alimentati da celle a combustibile e ridurrà i livelli di emissioni di settori difficili da abbattere come i servizi pubblici, la produzione di acciaio, ammoniaca e metanolo e lo stoccaggio stagionale dell’energia.

Raggiungere gli obiettivi climatici globali 

A seguito dell’Accordo sul clima di Parigi del 2015, molti paesi e aziende hanno stabilito obiettivi climatici ambiziosi nel tentativo di trasformare il mix energetico globale e mantenere il riscaldamento globale al di sotto di 1.5 gradi C. La produzione di idrogeno a emissioni zero gioca un ruolo chiave in questa trasformazione. 

Negli sforzi per ridurre i costi di produzione e stabilire un passaggio olistico – dalla politica e dalla regolamentazione agli investimenti, alla ricerca e allo sviluppo – sempre più progetti di elettrolizzatori stanno ottenendo il via libera in tutto il mondo e le aziende sono alla ricerca di soluzioni praticabili per decarbonizzare. Secondo l’Hydrogen Council, nel 1,000 sono state annunciate a livello globale oltre 2023 proposte di progetti sull’idrogeno, di cui 795 pianificati per l’implementazione totale o parziale entro il 2030. E sono stati annunciati 32 miliardi di dollari di investimenti diretti fino al 2030. 

Con progetti come Bécancour, il Progetto elettrolizzatore da 35 MW con Linde e il Progetto del sistema elettrolizzatore da 90 MW con Varennes Carbon Recycling, Accelera™ si impegna ad accelerare il passaggio a un’economia dell’idrogeno a emissioni zero e a sostenere gli sforzi di decarbonizzazione globale.