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Cos'è l'idrogeno?

L'idrogeno è una delle fonti di gas più abbondanti, contribuendo a circa il 75% del gas nel nostro sistema solare. L'idrogeno si trova in varie cose tra cui luce, acqua, aria, piante e animali, tuttavia, è spesso combinato con altri elementi. La combinazione più familiare è con l'ossigeno per fare l'acqua. L'idrogeno gassoso è un gas incolore, inodore e insapore, più leggero dell'aria. Poiché è molto più leggero dell'aria, questo significa che sale nella nostra atmosfera, il che significa che non si trova naturalmente a livello del suolo, ma deve essere creato. Questo viene fatto separandolo da altri elementi e raccogliendo il gas.

Cos'è l'idrogeno verde?

L'idrogeno verde è prodotto usando l'elettricità per alimentare un elettrolizzatore che separa l'idrogeno dalla molecola dell'acqua producendo ossigeno come sottoprodotto. L'elettricità in eccesso può essere usata tramite elettrolisi per creare idrogeno gassoso che può essere immagazzinato per il futuro. Essenzialmente, se l'elettricità usata per alimentare gli elettrolizzatori proviene da fonti rinnovabili come l'eolico, il solare o l'idroelettrico, o se proviene dall'energia nucleare - fissione o fusione, allora l'idrogeno prodotto è verde, in cui le uniche emissioni di carbonio sono quelle incorporate nell'infrastruttura di generazione. Gli elettrolizzatori sono la tecnologia più significativa utilizzata per sintetizzare l'idrogeno combustibile a zero carbonio utilizzando energia rinnovabile, noto come idrogeno verde. L'idrogeno verde e i suoi derivati sono una soluzione essenziale per la decarbonizzazione dei settori dell'industria pesante e gli esperti suggeriscono che costituiranno fino al 25% del consumo totale di energia finale in un'economia a zero emissioni.

Vantaggi dell'idrogeno verde

È sostenibile al 100% perché non emette gas inquinanti né attraverso la combustione né attraverso la produzione. L'idrogeno può essere facilmente immagazzinato permettendo così di utilizzarlo in seguito per altri scopi e/o al momento della produzione. L'idrogeno verde può essere convertito in elettricità o gas sintetico e può essere utilizzato per una varietà di scopi domestici, commerciali, industriali o di mobilità. Inoltre, l'idrogeno può essere miscelato con il gas naturale in un rapporto fino al 20% senza modificare l'infrastruttura principale del gas o gli apparecchi a gas.

Svantaggi dell'idrogeno verde

Anche se l'idrogeno è sostenibile al 100%, attualmente ha un costo elevato rispetto ai combustibili fossili, perché l'energia rinnovabile è più costosa da produrre. La produzione complessiva di idrogeno richiede più energia di alcuni altri combustibili, quindi a meno che l'elettricità necessaria per produrre idrogeno provenga da una fonte rinnovabile, l'intero processo di produzione può essere controproducente. Inoltre, l'idrogeno è un gas altamente infiammabile, quindi sono essenziali ampie misure di sicurezza per prevenire perdite ed esplosioni.

Cos'è The Green Hydrogen Catapult (GHC) e cosa si propone di ottenere?

I membri della Green Hydrogen Catapult (GHC) sono una coalizione di leader con l'ambizione di espandere e far crescere lo sviluppo dell'idrogeno verde. A partire dal novembre 2021, hanno annunciato un impegno per 45 GW di elettrolizzatori da sviluppare con finanziamenti garantiti entro il 2026 con un'ulteriore messa in servizio mirata per il 2027. Si tratta di un'ambizione notevolmente aumentata, poiché l'obiettivo iniziale fissato dalla coalizione al momento del suo lancio nel dicembre 2020 era di 25 GW. L'idrogeno verde è stato visto come un elemento critico nella creazione di un futuro energetico sostenibile, oltre ad essere una delle più grandi opportunità di business negli ultimi tempi. Ed è stato detto che è la chiave per consentire la decarbonizzazione di settori come la produzione di acciaio, il trasporto marittimo e l'aviazione.

Perché l'idrogeno è visto come un futuro più pulito?

Viviamo in un mondo in cui uno degli obiettivi collettivi di sostenibilità è quello di decarbonizzare il carburante che usiamo entro il 2050. Per raggiungere questo obiettivo, decarbonizzare la produzione di una fonte di combustibile importante come l'idrogeno, dando origine all'idrogeno verde, è una delle strategie chiave, poiché la produzione di idrogeno non verde è attualmente responsabile di oltre il 2% delle emissioni totali di CO2 a livello globale. Durante la combustione, i legami chimici si rompono e gli elementi costitutivi si combinano con l'ossigeno. Tradizionalmente, il gas metano è stato il gas naturale di scelta con l'85% delle case e il 40% dell'elettricità del Regno Unito che dipende dal gas naturale. Il metano è un combustibile più pulito del carbone, tuttavia, quando viene bruciato si produce anidride carbonica come prodotto di scarto che, entrando nell'atmosfera, inizia a contribuire al cambiamento climatico. Il gas idrogeno quando viene bruciato produce solo vapore acqueo come prodotto di scarto, che non ha alcun potenziale di riscaldamento globale.

Il governo britannico ha visto l'uso dell'idrogeno come combustibile e quindi le case a idrogeno come una via da seguire per un modo più verde di vivere, e ha fissato un obiettivo per una fiorente economia dell'idrogeno entro il 2030. Mentre il Giappone, la Corea del Sud e la Cina sono in procinto di fare notevoli progressi nello sviluppo dell'economia dell'idrogeno con obiettivi che supereranno il Regno Unito entro il 2030. Allo stesso modo, la Commissione europea ha presentato una strategia sull'idrogeno in cui l'idrogeno potrebbe sostenere il 24% dell'energia dell'Europa entro il 2050.

Per ulteriori informazioni, visitate la nostra pagina dedicata al settore e date un'occhiata ad altre risorse sull'idrogeno:

L'idrogeno verde, ricavato da fonti energetiche rinnovabili e a basso contenuto di carbonio, può giocare un ruolo cruciale nel portare un'azienda - o un paese - più vicino alla neutralità del carbonio. Le applicazioni comuni in cui l'idrogeno verde può essere utilizzato includono:

Celle a combustibile per veicoli elettrici
Come l'idrogeno nella miscelazione del gas di pipeline
Nelle raffinerie di "acciaio verde" che bruciano idrogeno come fonte di calore piuttosto che carbone
Nelle navi container alimentate da ammoniaca liquida che si ottiene dall'idrogeno
In turbine elettriche alimentate a idrogeno che possono generare elettricità nei momenti di picco della domanda

Questo post esplorerà l'uso dell'idrogeno nella miscelazione del gas nei gasdotti e nelle raffinerie di acciaio verde.

Iniettare idrogeno nelle condutture

I governi e le società di servizi pubblici di tutto il mondo stanno esplorando le possibilità di iniettare idrogeno nelle loro reti di gas naturale, per ridurre il consumo di combustibili fossili e limitare le emissioni. In effetti, l'iniezione di idrogeno nei gasdotti è ora presente nelle strategie nazionali sull'idrogeno dell'UE, dell'Australia e del Regno Unito, e la strategia dell'UE sull'idrogeno specifica l'introduzione dell'idrogeno nelle reti nazionali del gas entro il 2050.

Da un punto di vista ambientale, l'aggiunta di idrogeno al gas naturale ha il potenziale di ridurre significativamente le emissioni di gas serra, ma per ottenere ciò, l'idrogeno deve essere prodotto da fonti di energia a basso contenuto di carbonio e rinnovabili. Per esempio, l'idrogeno generato dall'elettrolisi, dai rifiuti biologici o da fonti di combustibili fossili che utilizzano la cattura e lo stoccaggio del carbonio (CCS).

In modo simile, i paesi che aspirano a sviluppare un'economia dell'idrogeno verde possono rivolgersi all'iniezione in rete per stimolare gli investimenti e sviluppare nuovi mercati. Nel tentativo di dare il via al suo piano di idrogeno rinnovabile, l'Australia occidentale sta progettando di introdurre almeno il 10% di idrogeno rinnovabile nei suoi gasdotti e nelle sue reti, e di anticipare gli obiettivi dello stato nell'ambito della sua strategia di idrogeno rinnovabile dal 2040 al 2030.

Su base volumetrica, l'idrogeno ha una densità energetica molto più bassa del gas naturale, quindi gli utenti finali di una miscela di gas avrebbero bisogno di un volume maggiore di gas per ottenere lo stesso valore di riscaldamento di quelli che usano il gas naturale puro. In poche parole, una miscela di idrogeno del 5% in volume non si traduce direttamente in una riduzione del 5% del consumo di combustibili fossili.

C'è qualche rischio per la sicurezza nella miscelazione dell'idrogeno nella nostra fornitura di gas? Esaminiamo il rischio:

L'idrogeno ha un LEL più basso del gas naturale, quindi c'è un rischio maggiore di generare un'atmosfera infiammabile con miscele di gas.
L'idrogeno ha un'energia di accensione inferiore a quella del gas naturale e un'ampia gamma infiammabile (dal 4% al 74% in aria), quindi c'è un maggiore rischio di esplosione
Le molecole di idrogeno sono piccole e si muovono rapidamente, quindi qualsiasi perdita di gas miscelato si diffonderà più velocemente e più ampiamente che con il gas naturale.

Nel Regno Unito, il riscaldamento domestico e industriale rappresenta la metà del consumo energetico e un terzo delle emissioni di carbonio. Dal 2019 è in corso il primo progetto del Regno Unito per iniettare idrogeno nella rete del gas, con prove che si svolgono presso la Keele University. Il progetto HyDeploy mira a iniettare fino al 20% di idrogeno e a miscelarlo con la fornitura di gas esistente per riscaldare blocchi residenziali e campus senza modificare gli apparecchi a gas o le tubature. In questo progetto, i rilevatori di gas e l'analizzatore di gas di scarico Crowcon vengono utilizzati per identificare l'impatto della miscela di idrogeno in termini di rilevamento delle perdite di gas. L'analizzatore di gas di scarico Crowcon Sprint Pro viene utilizzato per valutare l'efficienza della caldaia.

Crowcon Sprint Pro è un analizzatore di gas di scarico di livello professionale, con caratteristiche adatte a soddisfare le esigenze dei professionisti HVAC, un design robusto, una selezione completa di accessori e una garanzia di 5 anni. Ulteriori informazioni su Sprint Pro sono disponibili qui.

L'idrogeno nell'industria dell'acciaio

La produzione tradizionale di ferro e acciaio è considerata una delle maggiori fonti di emissione di inquinanti ambientali, compresi i gas serra e le polveri sottili. I processi di produzione dell'acciaio si basano pesantemente sui combustibili fossili, con i prodotti del carbone che rappresentano il 78% di questi. Non è quindi sorprendente che l'industria dell'acciaio emetta circa il 10% di tutte le emissioni globali di CO2 legate al processo e all'energia.

L'idrogeno può essere un'alternativa per le aziende siderurgiche che cercano di ridurre drasticamente le loro emissioni di carbonio. Diversi produttori di acciaio in Germania e Corea stanno già tagliando le emissioni attraverso un metodo di produzione dell'acciaio con riduzione dell'idrogeno che utilizza l'idrogeno, non il carbone, per produrre l'acciaio. Tradizionalmente, una quantità significativa di idrogeno gassoso viene prodotta nella produzione dell'acciaio come un sottoprodotto chiamato gas coke. Facendo passare quel gas coke attraverso un processo chiamato cattura e stoccaggio del carbonio (CCS), le acciaierie possono produrre una quantità significativa di idrogeno blu, che può poi essere usato per controllare le temperature e prevenire l'ossidazione durante la produzione dell'acciaio.

Inoltre, i produttori di acciaio stanno producendo prodotti in acciaio appositamente per l'idrogeno. Come parte della sua nuova visione di diventare un'impresa di idrogeno verde, l'acciaieria coreana POSCO ha investito molto per sviluppare prodotti in acciaio da usare nella produzione, nel trasporto, nello stoccaggio e nell'utilizzo dell'idrogeno.

Con molti pericoli di gas infiammabili e tossici presenti nelle acciaierie, è importante capire la sensibilità incrociata dei gas, perché una falsa lettura del gas potrebbe rivelarsi fatale. Per esempio, un altoforno produce una grande quantità di gas caldo, polveroso, tossico e infiammabile composto da monossido di carbonio (CO) con un po' di idrogeno. I produttori di rivelatori di gas che hanno esperienza in questi ambienti conoscono bene il problema dell'idrogeno che influenza i sensori elettrochimici di CO, e quindi forniscono sensori filtrati dall'idrogeno come standard per gli impianti siderurgici.

Per saperne di più sulla sensibilità incrociata, consulta il nostro blog. I rilevatori di gas Crowcon sono utilizzati in molti impianti siderurgici in tutto il mondo e qui potete trovare maggiori informazioni sulle soluzioni Crowcon nell'industria siderurgica.

Riferimenti:

L'iniezione di idrogeno nelle reti di gas naturale potrebbe fornire una domanda costante di cui il settore ha bisogno per svilupparsi (S&P Global Platts, 19 maggio 2020)
L'Australia Occidentale pompa 22 milioni di dollari nel piano d'azione per l'idrogeno (Power Engineering, 14 settembre 2020)
Idrogeno verde nei gasdotti di gas naturale: Soluzione di decarbonizzazione o sogno irrealizzabile? (Green Tech Media, 20 novembre 2020)
L'idrogeno potrebbe fare da piggyback sull'infrastruttura del gas naturale? (Network Online, 17 Mar 2016)
Acciaio, idrogeno e fonti rinnovabili: Strani compagni di letto? Forse no... (Forbes.com, 15 maggio 2020)
POSCO per espandere la produzione di idrogeno a 5 Mil. Tons entro il 2050 (Business Korea, 14 dicembre 202 0)http://https://www.crowcon.com/wp-content/uploads/2020/07/shutterstock_607164341-scaled.jpg

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