domenica, Ottobre 24, 2021
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Era un vecchio meleto. Ora potrebbe essere il futuro dell'energia pulita dell'idrogeno nello stato di Washington

Questo articolo è il risultato di una collaborazione tra Inside Climate News e The Seattle Times.

EAST WENATCHEE, Washington—Nelle calde giornate primaverili, quando il fiume Columbia è gonfio per lo scioglimento della neve, la produzione di energia idroelettrica aumenta nei momenti in cui la domanda potrebbe essere debole. Il serbatoio dei mercati e l'invio di acqua attraverso le turbine della diga possono essere una proposta in perdita.

Nel tentativo di porre fine a queste vendite di energia elettrica, il distretto di servizi pubblici della contea di Douglas sta effettuando un investimento di 20 milioni di dollari in una nuova attività di energia pulita.

In un vecchio meleto ora sgomberato dagli alberi, una piccola parte dell'elettricità dalla diga di Wells del distretto sarà sfruttata per produrre carburante a idrogeno dall'acqua del pozzo.

"Questo può risolvere molti problemi per noi", ha affermato Gary Ivory, direttore generale del distretto dei servizi pubblici, in occasione dell'inaugurazione del progetto a marzo. "Se funziona, possiamo ridimensionarlo."

Il progetto pilota metterà questa piccola utility rurale, a circa 150 miglia a est di Seattle, all'avanguardia di una spinta globale per la produzione di idrogeno, un gas incolore e infiammabile che una volta bruciato non emette carbonio o altri gas serra. Grandi quantità sono presenti nell'acqua che ricopre la maggior parte del pianeta. Ma sarebbero necessarie enormi quantità di elettricità per rendere l'idrogeno pulito un elemento costitutivo dell'economia a basse emissioni di carbonio del 21° secolo prevista dall'Accordo internazionale di Parigi, firmato da più di 190 nazioni.

Questo idrogeno potrebbe aiutare a eliminare i combustibili fossili dalle industrie del cemento e dell'acciaio o essere utilizzato per alimentare camion a lungo raggio, treni, navi, aerei e bruciato per generare elettricità. Può essere trasportato da condutture per riscaldare case e aziende, un uso ora propagandato dai funzionari dei servizi di gas naturale nel nord-ovest del Pacifico e altrove mentre cercano di forgiare nuovi ruoli per le loro aziende in un futuro con meno emissioni di carbonio.

L'Unione europea e gli investitori internazionali, in luoghi remoti come l'Arabia Saudita e il Brasile, stanno impegnando miliardi di dollari per lo sviluppo dell'idrogeno. Negli Stati Uniti, il presidente Joe Biden ha incluso finanziamenti per 15 progetti sull'idrogeno nel suo piano infrastrutturale da 2 trilioni di dollari pubblicato il mese scorso.

L'interesse tra le società energetiche è diventato intenso, ha affermato Mike Peters, ingegnere presso il National Renewable Energy Laboratory del governo degli Stati Uniti in Colorado, che sta conducendo un progetto di ricerca sull'idrogeno che coinvolge sei laboratori nazionali e più di 20 partner industriali e accademici.

"Questo è uno spazio in cui tutti devono capire dove giocheranno", ha detto Peters.

Nello stato di Washington, il potenziale dell'idrogeno per potenziare i distretti di pubblica utilità a est delle Cascades ha ottenuto un forte sostegno bipartisan. Nel 2019, un disegno di legge che autorizzava il distretto dei servizi pubblici della contea di Douglas a vendere idrogeno è passato alla Camera e al Senato senza un solo voto di dissenso.

“Abbiamo una lunga e orgogliosa storia di essere leader nell'energia pulita. Ora saremo in grado di utilizzare la nostra energia idroelettrica per fare quest'altra cosa interessante", ha affermato il senatore di stato Brad Hawkins, repubblicano di East Wenatchee ed ex analista politico per il distretto di utilità della contea di Douglas che ha sponsorizzato la legislazione.

Un futuro all'idrogeno?

Per separare le molecole di idrogeno bloccate in H2O, il distretto dei servizi pubblici della contea di Douglas si rivolgerà a un "elettrolizzatore", che utilizza l'energia per realizzare la separazione dall'ossigeno.

L'attrezzatura, realizzata dal produttore di motori Cummins, è compatta. Misura 28 piedi di lunghezza e 12 piedi di altezza e sarà in grado di produrre più di due tonnellate al giorno di quello che viene chiamato "idrogeno verde" perché proviene da una fonte rinnovabile di elettricità.

Cummins, il produttore di motori, produce elettrolizzatori, mostrati qui, che inviano una corrente elettrica attraverso l'acqua per produrre idrogeno. Foto per gentile concessione di Cummins

I 5 megawatt di potenza necessari per far funzionare l'elettrolizzatore saranno prelevati dalle turbine installate presso la Wells Dam, che è stata costruita negli anni '60 e si estende attraverso il fiume Columbia in una regione scarsamente popolata dove crescono migliaia di acri di frutteti nel pianure aride e irrigate

Le 10 turbine della diga hanno la capacità di produrre fino a 840 megawatt di elettricità, sufficienti per più di 640.000 case. Ma la diga può immagazzinare solo una piccola quantità d'acqua. Quindi, per la maggior parte, il fiume deve essere inviato attraverso le turbine, o riversato a valle in volumi limitati per proteggere i giovani salmoni in migrazione da concentrazioni troppo elevate di gas disciolto nell'acqua della diga.

La capacità di indirizzare l'elettricità alla produzione di idrogeno aiuterà a uniformare la generazione, riducendo l'usura e la costosa manutenzione delle turbine, secondo Ivory, il direttore generale.

Il sito del progetto è strategico, vicino a un'importante linea di trasmissione della Bonneville Power Administration che potrebbe consentire al distretto di servizi pubblici di attingere a elettricità rinnovabile su vasta scala e, a lungo termine, espandere la produzione di idrogeno fino a 20 volte. L'elettricità potrebbe essere acquistata dai parchi eolici del nord-ovest nella stagione primaverile, quando i mercati sono spesso saturi, o l'energia solare della California a mezzogiorno, quando la produzione raggiunge i picchi e la domanda potrebbe essere scarsa.

Ivory afferma che i funzionari distrettuali possono costantemente esaminare i mercati e decidere quando il prezzo dell'energia è abbastanza basso da produrre idrogeno con profitto.

"Questa per noi è una cosa che dura ora per ora, minuto per minuto", ha detto Ivory.

Nel Pacifico nord-occidentale e altrove, si prevede che le quantità di energia in eccesso per produrre idrogeno si espandano notevolmente insieme all'installazione di nuovi parchi solari ed eolici.

Finora, tuttavia, la produzione di idrogeno verde è appena decollata e generalmente è costata più del doppio di quella dell'idrogeno ottenuto da combustibili fossili.

Secondo IHS Markit, una società di informazioni e dati globale, si prevede che il prezzo diminuirà e sarà alla pari con l'idrogeno dei combustibili fossili in nove anni. Perché ciò accada, molta produzione su larga scala dovrebbe essere online.

Alcuni sono in arrivo. Includono un parco solare ed eolico da $ 5 miliardi che produce idrogeno verde in Arabia Saudita e decine di milioni di investimenti in idrogeno verde che le filiali NextEra Energy stanno pianificando in Florida.

Ma è ancora incerto se alla fine sarà disponibile abbastanza idrogeno verde per svolgere un ruolo importante nella riduzione delle emissioni globali di carbonio.

Richiederebbe una formidabile scala di produzione.

Esiste già un mercato industriale per l'idrogeno, in gran parte utilizzato dalle raffinerie per estrarre lo zolfo, un grave inquinante atmosferico, dai combustibili e per produrre fertilizzanti.

Attualmente, questa domanda viene generalmente soddisfatta producendo qualcosa chiamato idrogeno grigio. La materia prima è il gas naturale e il processo di riforma rilascia un significativo inquinamento da carbonio e continuerà a farlo a meno che non si trovi un modo conveniente per catturare e immagazzinare queste emissioni.

Secondo le informazioni fornite da Amgad Elgowainy, uno scienziato senior dell'Argonne National Laboratory, negli Stati Uniti sarebbero necessari circa 10 milioni di tonnellate di idrogeno verde per sostituire l'attuale consumo industriale di idrogeno grigio.

La produzione di questo idrogeno a basse emissioni di carbonio sarebbe una grande impresa. Richiederebbe 57.000 megawatt di generazione di elettricità dedicata, che equivale all'incirca a dedicare a tale compito tutte le attuali installazioni eoliche, solari e geotermiche della nazione.

Se l'idrogeno fosse utilizzato per nuovi usi, la domanda di energia aumenterebbe molto.

“Ci sono un sacco di domande. Questo è ancora un mercato iniziale", ha affermato Peters, project manager del National Renewable Energy Laboratory.

Idrogeno già in uso

Molte aziende che cercano un percorso verso un futuro a basse emissioni di carbonio non si lasciano scoraggiare dalle domande sulle future forniture di idrogeno.

Stanno sviluppando un'ampia gamma di usi per l'idrogeno che può aiutare a spingere l'energia a basse emissioni di carbonio in nuovi luoghi.

Alcuni riguardano le celle a combustibile, che essenzialmente utilizzano l'idrogeno per produrre elettricità che poi fornisce energia.

La Kenworth Truck Company, con sede a Kirkland, sta già costruendo camion completamente elettrici, ma richiedono pacchi batteria pesanti da cinque a sette volte più grandi di quelli installati nelle auto completamente elettriche, secondo Kyle Quinn, chief technology officer di Paccar, la società madre di Kenworth.

Più di recente, la società ha stipulato un contratto per la produzione di 10 semirimorchi che funzionano con celle a combustibile a idrogeno come parte di un progetto di ricerca da 41 milioni di dollari con Toyota, finanziato dal California Air Resources Board. Questi camion hanno un'autonomia di oltre 300 miglia che alla fine potrebbe renderli adatti per i conducenti a lungo raggio.

"L'idrogeno è piuttosto leggero… e puoi rifornire il veicolo più rapidamente di quanto potresti caricare una batteria", ha detto Quinn. “Queste cose sono molto attraenti. E sono i motivi principali per cui stiamo perseguendo la cella a combustibile a idrogeno come veicolo a emissioni zero”.

Alcuni di questi camion sono già in fase di test al porto di Los Angeles, che ha ricevuto la sovvenzione, e altri sono in arrivo.

Sebbene il costo di tale nuova tecnologia possa essere un ostacolo, i semirimorchi alimentati a celle a combustibile a idrogeno possono eventualmente aiutare con trasporti a breve distanza intorno ad altri porti, incluso il porto di Seattle, che all'inizio di questo mese ha annunciato l'obiettivo di portare le emissioni di carbonio di tutti i tipi a zero entro il 2050.

Cummins, con sede nell'Indiana, rinomata per i suoi motori diesel, vede anche le celle a combustibile a idrogeno come parte del suo futuro per i sistemi di propulsione terrestre e marittima, secondo Amy Adams, vicepresidente dell'azienda.

In Europa, la compagnia ha sviluppato un treno passeggeri alimentato a idrogeno e nel nord-ovest del Pacifico ha fornito il sistema di propulsione a celle a combustibile per un traghetto ad alta velocità lungo 70 piedi, che sarà in grado di trasportare fino a 84 passeggeri che è quasi finito di essere costruito presso All American Marine con sede a Bellingham e sarà di proprietà di SWITCH Maritime.

Il traghetto opererà nell'area di San Francisco ed è il primo di quella che Ron Willie, presidente di All American, spera sarà una nuova generazione di navi costruite dalla compagnia per funzionare con la tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno. Anche All American, come Kenworth, sta producendo una propulsione completamente elettrica, ma Willie afferma che il peso delle batterie può essere un grosso svantaggio quando si cerca di costruire una barca che vada veloce e possa trasportare un pieno carico.

Il nuovo traghetto, chiamato Sea Change, utilizzerà l'idrogeno compresso per azionare la cella a combustibile che crea l'elettricità per il motore.

In futuro, potrebbe esserci anche carburante a idrogeno liquido, che richiede il raffreddamento ma sarebbe un carburante molto più denso che potrebbe consentire a navi più grandi, come i rimorchiatori o le navi da carico oceaniche, di percorrere lunghe distanze.

Idrogeno nelle condutture

Le utility del gas naturale stanno abbracciando l'idrogeno mentre affrontano una crescente pressione per ridurre le emissioni di carbonio dal metano ora trasportato nelle loro condutture.

Parte dell'idrogeno potrebbe essere miscelato con gas metano nelle condutture dei servizi pubblici in concentrazioni fino al 30%. Alcuni, in forma pura, potrebbero essere consegnati in linee di polietilene appositamente progettate a clienti industriali o di altro tipo che scelgono di passare all'idrogeno.

NW Natural, con sede a Portland, è stato alle frontiere di questo movimento. L'azienda ha sperimentato miscele di idrogeno in condutture, piani cottura, scaldabagni ed elettrodomestici.

Poi, lo scorso ottobre, l'utility ha annunciato una partnership con Eugene Water & Electric Board per far funzionare un elettrolizzatore da 5 megawatt che produrrà idrogeno verde. Una parte di essa sarà poi combinata con l'anidride carbonica in un processo termico per creare l'equivalente chimico del gas naturale.

"Siamo concentrati sull'ottenere quanto più gas rinnovabile a basso costo possibile ai nostri clienti", ha affermato Chris Kroeker, responsabile della tecnologia emergente di NW Natural. "E ci stiamo preparando per quel futuro."

Se le utility del gas naturale si rivolgessero all'idrogeno, potrebbero assorbire molto di questo carburante.

Questo è uno dei 10 camion a celle a combustibile a idrogeno costruiti da Kenworth Trucks con sede a Kirkland per Toyota con una sovvenzione fornita da un'agenzia statale della California. La cella a combustibile consente alla generazione di energia elettrica del veicolo di percorrere più di 300 miglia prima del rifornimento, che può essere veloce quasi quanto il rifornimento di carburante diesel. I camion sono in fase di test al porto di Los Angeles, ma questa foto è stata scattata mentre il camion scalava il Pikes Peak in Colorado durante un test drive. Credito: Colby Williams/per gentile concessione di Toyota

Per sostituire l'idrogeno con un quinto del gas statunitense ora consegnato a residenti, aziende e industria sarebbero necessari 30 milioni di tonnellate di idrogeno. Se quell'idrogeno dovesse essere prodotto da elettrolizzatori, richiederebbe una capacità di generazione equivalente a quasi il 16% dell'intera produzione del settore energetico degli Stati Uniti, secondo un'analisi delle statistiche della US Energy Information Administration.

La visione dell'industria del gas per l'idrogeno sta ricevendo il rifiuto di alcuni ambientalisti che sostengono lo sviluppo dell'idrogeno verde, ma mettono in guardia contro le proposte che potrebbero costare un sacco di soldi ai consumatori e non riuscire a soddisfare un'agenda urgente di riduzione dei gas serra globali.

“Esso (l'idrogeno) può fare tutte queste cose. Ma è la soluzione migliore per tutti loro? Assolutamente no", ha affermato Rachel Fakhry, analista politica del Natural Resources Defense Council. "Non vogliamo vedere l'idrogeno forzato in tutte queste applicazioni in cui non ha senso".

Alcuni ricercatori sono anche scettici. Sostengono che l'idrogeno dovrebbe essere riservato per "l'ultimo miglio" di riduzione del carbonio, o in modi in cui l'elettricità e le batterie non siano all'altezza.

“Tecnicamente, sì, potresti bruciarlo (idrogeno) a casa tua. La domanda è: se dovremmo?" ha affermato Peters, responsabile del progetto del National Renewables Energy Laboratory.

La contea di Douglas prepara lo stabilimento

Questo mese a East Wenatchee, i movimento terra stanno preparando il sito del distretto dell'utility per l'arrivo dell'elettrolizzatore Cummins. Verso la fine dell'anno, si prevede che le prime tonnellate di idrogeno saranno estratte dall'acqua del pozzo e il gas verrà poi trasferito in autocisterne per essere trasportato via.

Alcuni verranno venduti in una nuova stazione di rifornimento di idrogeno che sarà allestita nella parte occidentale di Washington. Alcuni andranno ai carrelli elevatori elettrici. Il resto andrà ad altri acquirenti.

Almeno per il prossimo anno, la contea di Douglas sarà probabilmente l'unico produttore di idrogeno verde a Washington. Ma anche altri distretti di pubblica utilità gestiscono dighe. Se le cose vanno bene, potrebbero unirsi alla corsa all'idrogeno.

"Mi piacerebbe pensare che i nostri vicini ci stiano osservando da vicino", ha detto Aaron Viebrock, un commissario del distretto dei servizi pubblici della contea di Douglas.

James Bruggers

Reporter, Southeast, National Environment Reporting Network

James Bruggers copre il sud-est degli Stati Uniti, parte del National Environment Reporting Network di Inside Climate News. In precedenza si è occupato di energia e ambiente per il Courier Journal di Louisville, dove ha lavorato come corrispondente per USA Today ed è stato membro del team ambientale di USA Today Network. Prima di trasferirsi in Kentucky nel 1999, Bruggers ha lavorato come giornalista in Montana, Alaska, Washington e California. Il lavoro di Bruggers ha vinto numerosi riconoscimenti, tra cui il miglior reportage beat, la Society of Environmental Journalists e il Thomas Stokes Award della National Press Foundation per il reporting energetico. Ha fatto parte del consiglio di amministrazione della SEJ per 13 anni, di cui due come presidente. Vive a Louisville con sua moglie, Christine Bruggers.

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