Chimica, idrogeno verde ed elettrificazione

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È chiaro che abbiamo bisogno di una nuova formula per la produzione di sostanze chimiche: i processi alla base dipendono ancora fortemente dall'intenso calore generato dai combustibili fossili.

Ma come con altri settori cosiddetti difficili da abbattere, come l'aviazione o il trasporto marittimo, il percorso verso l'elettrificazione sarà tutt'altro che lineare. Raggiungere un luogo in cui i produttori di sostanze chimiche possono fare affidamento più pesantemente sull'elettricità generata da fonti rinnovabili richiederà importanti scoperte in termini di efficienza industriale. Naturalmente, il mondo delle startup tecnologiche per il clima è disposto a obbedire.

Un esempio del tipo di innovazioni di cui avremo bisogno viene da Syzygy Plasmonics, un'azienda con sede a Houston che ha recentemente raccolto un round di finanziamento di serie B da 23 milioni di dollari guidato da Horizon Ventures. L'azienda, che impiega circa 30 persone, in precedenza ha ottenuto un sostegno di circa 12 milioni di dollari, comprese le sovvenzioni del Department of Energy e della National Science Foundation.

Syzygy sta sviluppando un approccio fotocatalitico che utilizza la luce anziché il calore per innescare reazioni da materie prime come metano, anidride carbonica o ammoniaca. I reattori che sta creando si basano sulla ricerca nata alla Rice University in laboratori gestiti da Naomi Halas (nota per le sue innovazioni nella nanotecnologia) e Peter Nordlander (un fisico e scienziato dei materiali).

Secondo il co-fondatore e CEO di Syzygy Trevor Best, uno dei maggiori vantaggi della tecnologia di Syzygy è che è modulare, consentendo ai reattori di essere costruiti con materiali a basso costo di quanto sia tipicamente possibile e consentendo anche ai produttori di prendere in considerazione modelli di produzione più decentralizzati – quelli che potrebbero scappare più facilmente dalle energie rinnovabili.

La stragrande maggioranza della produzione è centralizzata ed è così che è impostata. Questo potrebbe essere un sostituto o una transizione nel tempo per i grandi operatori del settore.

Mentre il processo può teoricamente essere applicato a molti processi di produzione, tra cui la produzione di fertilizzanti, prodotti chimici di base o la trasformazione del carbonio in carburante, il primo mercato di riferimento di Syzygy sarà l'idrogeno, secondo Best. L'azienda afferma che la sua tecnologia ha "il potenziale" per dimezzare il costo dell'idrogeno a zero emissioni. Best ha detto che il suo approccio potrebbe ispirare la produzione di idrogeno in luoghi in cui oggi non è economicamente fattibile a causa delle reti di trasporto necessarie per accedere alle materie prime e per portare l'idrogeno liquido dagli impianti di produzione ai punti di utilizzo finali.

"La stragrande maggioranza della produzione è centralizzata, ed è così che è impostata", mi ha detto Best. "Questo potrebbe essere un sostituto o una transizione nel tempo per i grandi operatori del settore". Intendiamoci: questa tecnologia è ancora in una fase iniziale e non è disposto a nominare alcun partner del settore. Ma, ha osservato, "Non soffriamo per mancanza di opportunità".

Infatti, i ricercatori prevedono che il mercato dell'idrogeno, oggi utilizzato principalmente nella produzione di prodotti petrolchimici e fertilizzanti, potrebbe raggiungere i 200 miliardi di dollari entro il 2025. Un nuovo rapporto del Boston Consulting Group (BCG) si concentra sull'opportunità della "tecnologia verde" in questo mercato. Secondo BCG, il potenziale non risiede solo nelle apparecchiature per trasformare le attuali modalità di produzione di idrogeno per ridurre la loro dipendenza dal calore generato dal gas naturale, ma anche nelle tecnologie che consentono all'idrogeno di diventare una materia prima a minore intensità di carbonio per la produzione di carburante ad alta densità. cellule, prodotti chimici e acciaio. (Ecco un'anteprima di come l'idrogeno potrebbe essere utilizzato nella produzione di acciaio verde.)

L'analisi BCG stima che queste applicazioni potrebbero ridurre le emissioni di gas serra da 5 a 6 gigatonnellate all'anno entro il 2050. "Le barriere principali saranno gli elevati investimenti necessari per passare alla produzione di idrogeno a basse emissioni di carbonio, la necessità di mantenere la continuità operativa nel settore chimico e dell'acciaio. produzione, e i lunghi cicli di investimento e i periodi di pianificazione richiesti ", notano gli autori di BCG.

Una componente chiave di questa transizione auspicata sarà lo sviluppo di elettrolizzatori di prossima generazione alimentati da energia eolica o solare. L'Agenzia internazionale dell'energia stima che la capacità di elettrolisi per la produzione di idrogeno raggiungerà i 130 gigawatt entro il 2030, con l'Unione Europea che rappresenta 80 GW a causa delle sue aspirazioni aggressive di idrogeno verde. Secondo BCG, occorreranno circa 600 terawattora di elettricità rinnovabile per alimentare tale apparecchiatura.

Cornelius Pieper, co-leader del Center for Climate and Sustainability di BCG, mi ha detto che l'idrogeno sarà un elemento essenziale per migliorare l'efficienza energetica della produzione di acciaio, per consentire l'elettrificazione del processo e aiutare a decentralizzare il mercato.

Ad esempio, un'idea potrebbe essere quella di localizzare la produzione di idrogeno nei parchi eolici, dove potrebbe essere utilizzato per catturare e immagazzinare energia nelle celle a combustibile e bilanciare l'eccesso di offerta di elettricità. "Per rendere possibili le implementazioni e superare gli ostacoli, ciò richiederà collaborazione e collaborazione lungo le catene di approvvigionamento", ha affermato Pieper.

Per essere chiari, questo è un mercato estremamente nascente e ci vorrà il sostegno del governo – sotto forma di incentivi e investimenti in ricerca e sviluppo – per catalizzare l'innovazione e portarla dal laboratorio al commerciale. Non sorprende che sia un obiettivo chiave nell'UE, e anche l'idrogeno è nominato come parte dell'agenda per il clima del presidente Joe Biden. Anche prima, il Dipartimento dell'Energia sotto il precedente presidente ha reso disponibili fondi per il ridimensionamento del settore (sebbene la sua preoccupazione principale fosse espandere l'attuale ecosistema di produzione, fortemente dipendente dal gas naturale, a nuove applicazioni come la produzione di acciaio o celle a combustibile ad alta densità ).

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