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Alcune note importanti da chiarire sull’Idrogeno

Il processo di transizione dei combustibili fossili a nuove energie trasformazionali carbon free è giunto al suo appuntamento con la storia. L’epocale rinnovamento che segna “the end of the oil age”, tuttavia, non giunge a seguito di un progressivo processo evolutivo di consapevolezza, ma a fronte dell’incremento di temperatura globale planetaria rilevata dalle misurazioni del Radiative Forcing sostenuta dalle emissioni di anidride carbonica e metano.  L’eccesso di energia termica imprigionata nella zona sub tropopausa considerata “biosfera”, esclusiva sottile striscia di pochi chilometri in cui è possibile la vita su questo pianeta, ha innescato il fenomeno conosciuto come “effetto serra” (1).

La rampa di surriscaldamento se non arrestata entro il tipping point di + 2C°, innesca una escalation incontrollata di aumento esponenziale di temperatura “Runaway greenhouse effect” che ha un solo effetto sulla biosfera: porta alla estinzione di massa come già accaduto durante il Permiano-Triassico (2).

Tempistica

Un importante indicatore di verifica dell’andamento del fenomeno è la misura del biossido e del metano in atmosfera attualmente rispettivamente di 410 ppm e 1800ppm, bisogna tenere presente però, che la persistenza in troposfera dei due killers gas è di circa 20 anni, il metano è 86 volte più persistente della CO2, pertanto gli indicatori ci inducono a presumere che partendo dal dato attuale di +1.4 C°,  è estremamente probabile che raggiungeremo il trigger point al 2040, ma solamente se arrestassimo le emissioni in questo preciso momento.

The Goose is coocked!

L’outlook documentato dall’Assessment Report 5 della IPCC (3) ha reso disponibile le policy ed orientamenti necessari a far slittare il tipping point verso il 2050 per poter meglio far fronte ai primi impatti della global warming, riassumibili in: a) riduzione idrica; b) contrazione dell’agrifood e livestock; c) level sea increase, ma soprattutto arrestare la causa prima del fenomeno: CO2 e CH4.

Il target zero carbon fissato al 2050 è un tentativo per rallentare la dinamica delle avversità, per rafforzare le capacità di adattabilità e resilienza come indicate dall’ IPCC Working Group II “assesses the impacts, adaptation and vulnerabilities related to climate change” (4) .

Le policy sono un supporto analitico per fornire alle Nazioni importanti orientamenti al fine di estendere la resilienza agli impatti socioeconomici (5).

L’Italia è in particolare una regione ad alto impatto Climate Change per caratteristiche proprie: a) aumento della temperatura media di + 2.5 °C sopra la media planetaria di +1,5°C;  b) il 60% della popolazione risiede in aree litorali in continua erosione a seguito soprattutto dell’innalzamento del livello del Mar Mediterraneo; c) la latitudine rientra nelle aree a processo di desertificazione (6-7-8-9-10).

Hydrogen Why

L’occorrenza dell’idrogeno non è una soluzione nata da una evoluzione delle tecnologie o da nuove scoperte, ma dalla necessità di produrre trasformazioni di assi energetici a zero emissione di gas serra.

L’orientamento verso l’utilizzo dell’idrogeno è determinato dalla sua unica ed esclusiva caratteristica di esercire la combustione senza produrre carbonio ciò lo rende il naturale ed universale elemento trasformazionale di energia.

Tuttavia, proprio in considerazione a queste insite proprietà, è misconosciuto nelle sue potenzialità, è spesso considerato un carburante o “vettore energetico”, ma ciò non è del tutto esatto.

L’idrogeno è un player energetico, poiché consente in un unico passaggio di fase la trasformazione nei tre assi principali di energia: a) Calore; b) Energia elettrica; c) Carburante.

L’idrogeno, diversamente dagli idrocarburi, è fruibile senza necessità di essere trasportato o dispacciato e non ha necessità di impianti di stoccaggio, poiché può essere generato in situ, in modo scalabile, attingendo dalle risorse rinnovabili disponibili locali, a seconda se occorre calore/combustibile, energia elettrica o carburante.

Per questo motivo, l’idrogeno è un player trasformazionale, introduce un cambiamento radicale nel modo di progettare ed usufruire dell’energia, apre ad un inedito processo di indipendenza ed autonomia di accesso all’energia, sovverte il paradigma della dipendenza energetica estrattiva e delle infrastrutture di trasporto e dispacciamento.

Radicate perplessità risiedono nel misleading divulgativo rispetto alla pericolosità dell’utilizzo dell’idrogeno, l’archetipo generalmente diffuso è ascritto nei luoghi comuni delle leggende metropolitane, è sufficiente una comparazione delle specifiche chimico-fisiche con il gas metano per accertarsi della innocuità di utilizzo e  impiego. Ref. “Legend and commonplace of the Hydrogen as Fuel” (11)

TED Transformational Energy Device

Il transformational energy device è un dispositivo scalabile che consente di generare energia elettrica ad alto amperaggio se in ingresso viene fatto fluire idrogeno (sistema Fuel Cell), o può invece produrre carburante per una caldaia o per un sistema termodinamico se in ingresso viene alimentato da energia elettrica (sistema Stack idrolisi). Il dispositivo è bidirezionale e può essere impiegato ad uso domestico o industriale. Un buffer consente di stoccare dinamicamente energia elettrica o combustibile quando vi è un surplus di produzione o una riduzione di carico.

Le tecnologie di trasformazione sia in carburante che in potenza elettrica sviluppate nell’ultimo decennio hanno incrementato significativamente i rendimenti teorici attraverso metodiche con catalizzatori (etanolo, glicerolo, acido formico, etc.) concomitanti ad emissioni a radiofrequenza e con particolari radiazioni termiche, assistiti da elettronica a CPU. Il rapporto di efficienza energetica si è incrementato a circa la metà del valore teorico:  ³ 2,5KW/M3.

Il costo di produzione complessivo è dunque dipendente dalle performance tecnologiche utilizzate.

La produzione di idrogeno e delle tecnologie applicate (Fuel Cell, stack idrolisi) sono in sviluppo già da diversi anni, i Paesi che hanno sviluppato nell’ultimo decennio filiere ed indotti sono oggi in grado di realizzare dispositivi TED ad alto rendimento e performance. Il comparto dell’idrogeno ha acquisito la peculiarità di assets strategico come “Classified Technologies”.

Come si calcola il costo di produzione dell’idrogeno

La sostanziale diversità di valutazioni Capex che distinguono una impiantistica di produzione di idrogeno dalle altre classiche fonti di energia sia di origine da idrocarburi che rinnovabile,  non consente semplici rappresentazioni grafiche in grado di definire andamenti di valore relativo di investimento, le differenti opzioni che comporta una ipotesi di fornitura a fonte idrogeno rendono improbabili rappresentazioni comparative Capex, se non specificatamente alla circostanza su cui si va ad operare l’investimento.

Il CAPEX of hydrogen production complessivo si ottiene dalla sommatoria delle seguenti variabili:

Rendimento complessivo:

  1. electricity price
  2. h+A (rendimento ed efficienza tecnologie applicate)
  3. Compression cost (low or high)
  4. Carriage
  5.  Carbon tax
  6. T ; Total production time

La strategia impiantistica di produzione da adottare è subordinata dall’emissione di CO2 rilasciate nelle fasi di trasformazione, vi è da considerare i costi di eventuali soluzioni di cattura che dovrebbero essere sommati ai costi del procedimento di produzione, pertanto, il costo di produzione finale è funzione dalle quantità di GHG emesse (V).

È assodato che l’introduzione dell’idrogeno nell’attuale sistema del settore energetico non si prospetta come un’aggiunta di una nuova linea nel listino dei carburanti, ma di un “disruptive player”. Per questo motivo, non è ben visto dalle tradizionali company del settore.

Storicamente l’idrogeno è stato sempre considerato un vettore, tuttavia già da circa venti anni sono stati individuati emissioni di idrogeno naturale da hydrogen gusher o in natural vents ed in alcune regioni lo si estrae regolarmente come da pubblicazione “Extraordinary discovery of Large-Scale Hydrogen Underground deposit” (13).

Reference

  1. Physical Science Basis: https://www.ipcc.ch/working-group/wg1/
  2. Entering the sixth mass extinction: https://advances.sciencemag.org/content/1/5/e1400253.full
  3. AR5 Synthesis Report: https://www.ipcc.ch/report/ar5/syr/
  4. Impacts, Adaptation and Vulnerability: https://www.ipcc.ch/working-group/wg2/
  5. EU Policy Keynote: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:52016SC0418
  6. Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima: https://www.isac.cnr.it/climstor/climate/latest_year_TMX_met.html
  7. Global Temperature Anomalies: https://svs.gsfc.nasa.gov/4882
  8. Sea level rise, coastal hazard and people awareness in the Mediterranean: https://www.enea.it/it/seguici/events/cambiamenticlimatici_5-6lug18/Anzidei_5e6lug2018.pdf
  9. Impacts of climate change in Italy: http://www.iat.polimi.it/wp-content/uploads/2018/07/2-Faggian_Pianeta3000_18_6_2018.pdf
  10. Italy could be COMPLETELY SUBMERGED by the sea at the end of the century: http://eicct.eu/sea-level-rise/
  11. Legend and commonplace of the Hydrogen as Fuel: https://www.linkedin.com/pulse/legend-commonplace-hydrogen-fuel-ren%C3%A9-burri/
  12. Methane Emergency: https://www.scientistswarning.org/2020/06/04/methane-emergency/
  13. Extraordinary discovery of Large-Scale Hydrogen Underground deposit: https://www.linkedin.com/pulse/earths-surprising-hydrogen-reserves-ren%C3%A9-burri/