La corsa per aumentare l'idrogeno verde per aiutare a risolvere alcuni dei problemi energetici più sporchi del mondo

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Appena fuori dall'autostrada M1 vicino a Sheffield, in un sito in cui migliaia di lavoratori siderurgici un tempo contribuirono a forgiare la reputazione industriale della città del nord dell'Inghilterra, una società di idrogeno poco conosciuta con poco più di 220 dipendenti sta ancora una volta attirando l'attenzione internazionale sulla regione.

Negli ultimi 20 anni ITM Power si è creata un nome internazionale in un settore dell'energia pulita che ha attirato l'attenzione dei governi dalla Germania al Giappone. Il suo nuovo stabilimento da 30,5 milioni di dollari, delle dimensioni di due campi da calcio, produce apparecchiature elettrolizzatori che possono utilizzare energia rinnovabile per produrre idrogeno dall'acqua.

La Royal Dutch Shell è stata uno dei primi clienti e molti dei suoi primi elettrolizzatori sono stati utilizzati per produrre idrogeno per le stazioni di rifornimento presso i piazzali della major petrolifera nel Regno Unito. Da allora ITM ha stretto partnership con altri gruppi industriali, tra cui l'italiano Snam e l'americano-tedesco Linde – entrambi hanno preso partecipazioni di minoranza nella società di Sheffield – ma deve affrontare la concorrenza dei rivali cinesi, europei e statunitensi.

L'interesse per il tipo di idrogeno pulito prodotto dalle apparecchiature di ITM è aumentato negli ultimi tre anni, poiché governi, aziende e accademici valutano se il gas leggero e incolore, che non produce anidride carbonica quando viene bruciato, potrebbe aiutare a risolvere alcuni dei problemi del mondo. problemi energetici più sporchi.

Per decenni l'idrogeno è stato salutato come un'alternativa potenzialmente rivoluzionaria ai combustibili fossili: la General Motors ha costruito il suo primo veicolo a idrogeno negli anni '60. Tuttavia, i suoi costi elevati e le complessità hanno bloccato i precedenti tentativi di creare intere nuove economie incentrate sull'idrogeno, spesso guidate da aumenti e carenze del prezzo del petrolio o dal desiderio dei governi di indipendenza energetica.

Ma dall'accordo sul clima di Parigi del 2015, l '"idrogeno a basse emissioni di carbonio", prodotto senza combustibili fossili o immagazzinando e catturando le emissioni generate, è saldamente tornato all'ordine del giorno. I governi che adottano obiettivi netti zero sono alla disperata ricerca di modi per ridurre le emissioni di settori altamente inquinanti tra cui il riscaldamento, industrie pesanti come l'acciaio e il trasporto a lunga distanza, dove altre opzioni non esistono ancora o sono anche nella loro infanzia.

L'anno scorso, l'UE e almeno altri 15 paesi hanno pubblicato piani per l'idrogeno spesso sostenuti da sussidi per aiutare a ridurre i costi di produzione, secondo il gruppo di pressione industriale del Consiglio dell'idrogeno. Si prevede che almeno 300 miliardi di dollari, afferma il consiglio, saranno investiti a livello globale nel prossimo decennio dai settori pubblico e privato, con alcuni nel settore che prevedono che, se avrà successo, l'idrogeno potrebbe un giorno aiutare a soddisfare quasi un quinto della domanda globale di energia. . Ma finora sono stati impegnati solo 80 miliardi di dollari.

"La legislazione del governo britannico per lo zero netto [emissions] entro il 2050 ha cambiato il mondo ", afferma Graham Cooley, amministratore delegato di ITM, riferendosi alla decisione del Regno Unito del 2019 di diventare la prima grande economia a sancire tale obiettivo nella legge. “Ora hai lo zero netto [set to] diventare legge in Europa. . . Non potresti farlo senza un gas a energia zero. "

Le fortune di ITM, quotata al mercato Aim di Londra nel 2004, illustrano la frenesia intorno all'idrogeno, che è già ampiamente utilizzato in settori come quello petrolchimico. All'inizio del 2019 le sue azioni languivano intorno ai 25 centesimi. Ma poiché l'interesse per l'idrogeno è aumentato vertiginosamente, il valore di ITM è salito di oltre il 2.000% a 3,6 miliardi di dollari. A volte ha rivaleggiato con il valore di alcune società energetiche tradizionali come Centrica, proprietaria dell'ex gigante britannico British Gas.

Eppure gli investitori stanno scommettendo su una tecnologia che rimane agli inizi. La stragrande maggioranza dell'idrogeno è prodotta da combustibili fossili come il gas naturale e il carbone, creando emissioni equivalenti a quelle dell'Indonesia e del Regno Unito messe insieme – circa 830 milioni di tonnellate di anidride carbonica all'anno – secondo l'Agenzia internazionale per l'energia.

Il cosiddetto idrogeno "verde", prodotto con energia rinnovabile, è la grande speranza del settore, ma attualmente rappresenta solo circa l'uno per cento dell'offerta globale di idrogeno. C'è scetticismo sulla sua efficienza e sulla possibilità di ricavarne abbastanza utilizzando elettricità rinnovabile a un prezzo commercialmente sostenibile – o dal gas naturale utilizzando la tecnologia di cattura e stoccaggio del carbonio, per ridurre le emissioni – e alla scala di cui il mondo avrebbe bisogno.

"Tutto questo dipende dall'aggressività dei decisori chiave nella politica del governo e nel mondo aziendale", afferma Ben Gallagher della società di consulenza energetica Wood Mackenzie. “Ma non puoi raggiungere l'obiettivo dei 2 gradi Celsius [for limiting the global rise in temperatures set out by the Paris agreement] senza idrogeno a basso tenore di carbonio. "

L'ultima scommessa di Big Oil

Tra i più grandi sostenitori di questa rivoluzione dell'idrogeno ci sono le più grandi compagnie petrolifere e del gas del mondo, scommettendo sul fatto che un maggiore utilizzo del gas potrebbe aiutare a garantire il loro futuro a lungo termine.

Una delle unità prodotte nello stabilimento di ITM è destinata alla raffineria Shell della Renania a nord-ovest di Bonn, in Germania, dove la major petrolifera e del gas sta installando quello che sarà il più grande elettrolizzatore di idrogeno del mondo. Sarà in grado di produrre circa 1.300 tonnellate all'anno di idrogeno da utilizzare in processi come l'eliminazione dello zolfo dai combustibili convenzionali.

"Quasi tutte le persone coinvolte nel settore energetico nell'ultimo anno hanno annunciato una sorta di impegno per l'idrogeno a basse emissioni di carbonio", afferma Gallagher. "Molti [public] i soldi vengono ora lanciati all'idrogeno a basse emissioni di carbonio per ridurre il rischio ".

Calcola che circa 150 miliardi di dollari vengono messi a disposizione dai governi a livello globale per sostenere i progetti sull'idrogeno, sotto forma di sussidi e sostegno. La teoria è che i costi diminuiranno nel tempo come hanno fatto per l'energia eolica e solare offshore, un cambiamento che li ha resi molto più competitivi.

Per Shell, l'aumento dell'idrogeno verde ha un duplice vantaggio: sostituirebbe l'idrogeno prodotto dai combustibili fossili che utilizza già nelle sue raffinerie e creerebbe nuovi mercati in un momento in cui il futuro a lungo termine del suo core business petrolifero è meno sicuro.

"Shell è particolarmente entusiasta dell'idrogeno come vettore energetico in quanto vediamo che può raggiungere tutte quelle parti del sistema energetico che sono davvero difficili da elettrificare direttamente", afferma Paul Bogers, vicepresidente dell'idrogeno di Shell.

Nega che la società stia solo saltando su una nuova tendenza e afferma di aver rivisto la sua pianificazione due anni fa poiché la pressione degli investitori per fare di più per affrontare il cambiamento climatico si è intensificata. Ha decodificato uno scenario per raggiungere gli obiettivi dell'accordo di Parigi e ha scoperto che per raggiungerli l'idrogeno a basse emissioni di carbonio avrebbe bisogno di svolgere un ruolo più importante.

"In questo modo molto rapidamente si arriva a un mondo in cui l'idrogeno rappresenta oltre il 10% del mix energetico totale nei prossimi decenni", afferma Bogers.

Il progetto presso la raffineria della Renania è, in parte, progettato per aiutare l'azienda a saperne di più sul potenziale dell'idrogeno. L'impianto utilizza già l'idrogeno, ma creando una versione più pulita – la potenza per gli elettrolizzatori proviene da parchi eolici offshore – Shell spera non solo di soppiantare le sue fonti esistenti, ma di provare accordi di fornitura con compagnie di autobus locali e altre applicazioni. La società ritiene che l'idrogeno diventerà un business "integrato", simile alle sue attività esistenti nel petrolio e nel gas naturale liquefatto.

"Lo chiamerei il decennio dell'idrogeno", dice Bogers. "Ma molto dipende da ciò che otteniamo nei prossimi cinque anni e poi aumenteremo nei successivi cinque anni".

Pulizia dell'acciaio

Uno degli elementi costitutivi della vita moderna, l'acciaio è utilizzato in qualsiasi cosa, dai veicoli elettrici alle infrastrutture edili, ma è anche una delle industrie più inquinanti del mondo. Si stima che il settore rappresenti tra il sette e il nove percento di tutte le emissioni dirette di combustibili fossili, secondo la World Steel Association.

Nella città costiera svedese di Lulea, tre delle più grandi aziende del paese – il minatore LKAB, il produttore di acciaio SSAB e la società elettrica Vattenfal – stanno lavorando a un piano per invertire questa tendenza e produrre una versione "senza fossili" del metallo più comunemente usato al mondo . Al centro del progetto Hybrit c'è l'idrogeno verde.

Per produrre acciaio, il ferro viene tipicamente estratto dal suo minerale color ruggine in altiforni a temperature fino a 1.200 gradi Celsius utilizzando coke, una forma di carbone ricca di carbonio. Un sottoprodotto inevitabile della rimozione delle molecole di ossigeno è l'anidride carbonica. Tuttavia, è possibile sostituire il coke con il gas naturale, se è economico e facilmente disponibile, per produrre un prodotto intermedio solido chiamato ferro ridotto diretto (DRI) che può essere alimentato direttamente in un forno elettrico ad arco per produrre acciaio.

I partner di Hybrit intendono fare un ulteriore passo avanti. Entro la fine dell'anno proveranno l'uso dell'idrogeno verde per produrre DRI. L'idrogeno proverrà da un impianto di elettrolisi alimentato da energia idroelettrica fornita da Vattenfall. In caso di successo, costruiranno un impianto dimostrativo da 1,1 milioni di tonnellate all'anno, aprendo la strada alla produzione di acciaio senza fossili a partire dal 2026.

"Vogliamo mostrare all'industria siderurgica a livello globale che questa tecnologia funziona non solo in laboratorio o in un impianto pilota, ma su scala commerciale", afferma Martin Pei, chief technology officer di SSAB.

Tuttavia, l'adozione diffusa dell'idrogeno verde per la produzione di acciaio incontra ostacoli significativi, dal prezzo dell'energia rinnovabile alla fornitura di minerale di ferro adatto.

SSAB stima che la nuova rotta sarà inizialmente dal 20 al 30% più costosa per tonnellata. E per essere efficiente, la produzione di acciaio basata su DRI deve utilizzare minerale di alta qualità, con un contenuto di ferro del 67%. Questi depositi sono rari. LKAB è benedetta da una ricca dotazione di minerali, ma altre società minerarie sono meno fortunate. Quindi, a meno che DRI non possa essere fatto per funzionare in modo efficiente con materiali di qualità inferiore, limiterà la sua competitività rispetto ai metodi di produzione dell'acciaio tradizionali, afferma BHP Group.

Forse l'ostacolo più grande è distribuire energia rinnovabile a basso costo abbastanza velocemente da alimentare gli elettrolizzatori, in un momento in cui si prevede un aumento della domanda da altri settori per l'energia eolica, solare e altre fonti di energia alternative.

Ad esempio, convertire l'industria siderurgica giapponese da 100 milioni di tonnellate all'anno in idrogeno verde richiederebbe più del doppio della fornitura totale di energia rinnovabile del paese a partire da oggi, secondo BHP, uno dei maggiori produttori mondiali di minerale di ferro. LKAB stima che l'energia necessaria per diventare un produttore di DRI a base di idrogeno equivale a circa un terzo degli attuali 160 terawattora di produzione annua di energia rinnovabile della Svezia.

Andreas Regnell, responsabile della strategia di Vattenfall e presidente del consiglio di Hybrit, afferma che non è una questione di se, ma quando potranno farlo funzionare. “Quattro anni fa, quando abbiamo annunciato questo piano, la gente diceva che eravamo pazzi. Era troppo costoso. Ma la percezione di ciò che è possibile è cambiata. "

"Hype" del settore

Eppure lo scetticismo abbonda. Alcuni temono che un maggiore utilizzo dell'idrogeno venga promosso dai produttori di energia come mezzo per rimanere rilevanti e prolungare la durata delle loro risorse di gas esistenti. Il Corporate Europe Observatory, con sede a Bruxelles, fa parte di una serie di organizzazioni senza scopo di lucro e gruppi ambientalisti che sostengono che l'ondata di interesse per l'idrogeno è guidata dalla "campagna pubblicitaria" dell'industria.

Dicono che è nell'interesse delle potenti compagnie di combustibili fossili che vogliono evitare che le loro risorse rimangano bloccate se le industrie dal trasporto su strada al riscaldamento domestico sono elettrificate.

Le lobby come Hydrogen Europe, i cui membri includono i gruppi petroliferi BP, Total e Shell, stanno collettivamente spendendo più di 83 milioni di dollari all'anno cercando di influenzare Bruxelles, secondo il Corporate Europe Observatory.

"[Hydrogen] è diventato un obiettivo serio per il lobbismo ", afferma Pascoe Sabido, ricercatore presso il gruppo della campagna. Aggiunge che durante la prima ondata di blocchi del coronavirus lo scorso anno "queste aziende hanno intensificato i loro sforzi di lobbying in modo massiccio e si sono assicurati circa due incontri a settimana con alcuni dei massimi commissari europei e i loro gabinetti che si occupano di idrogeno. . . clima ed energia ”.

Tra le iniziative proposte, afferma il gruppo della campagna, vi sono stati maggiori investimenti per contribuire a costruire un'economia dell'idrogeno pulita come via d'uscita dalla crisi economica scatenata dalla pandemia.

Hydrogen Europe descrive la figura dell'Osservatorio Corporate Europe come “fuorviante” dato che i suoi membri hanno “molti altri interessi a Bruxelles”, non solo lobbismo sull'idrogeno.

La strategia della Commissione europea sostiene l'idrogeno verde o "rinnovabile" – prodotto senza rilasciare emissioni – rispetto al "blu", prodotto dal gas naturale e utilizzando la tecnologia di cattura e stoccaggio del carbonio per far fronte alle emissioni. Ma il Corporate Europe Observatory afferma che le "pressioni concertate" dell'industria del gas hanno assicurato che, almeno per i prossimi decenni, la spinta all'idrogeno in Europa sarà alimentata dai combustibili fossili più che dall'elettricità rinnovabile.

Altri sostengono che la produzione di idrogeno verde tramite l'elettrolisi sia un modo estremamente inefficiente di utilizzare l'elettricità rinnovabile. C'è una perdita di energia immediata, per rompere il legame chimico tra ossigeno e idrogeno, del 30 per cento e ci sono ulteriori inefficienze a seconda di come viene poi dispiegato.

“Per la maggior parte degli usi suggeriti dell'idrogeno basato sull'elettricità verde [at least] circa la metà dell'energia dell'elettricità verde viene persa ", afferma Jorgen Henningsen, consulente senior presso l'European Policy Center, un think-tank. “L'elettricità verde è una merce [that will be] scarseggiano in Europa per molti anni a venire. . . non ha senso dal punto di vista della politica climatica sprecare metà o più dell'elettricità verde per la produzione di idrogeno ".

Alcuni nell'industria etichettano queste critiche ingiuste, dicendo che derivano da una sfiducia istintiva nei confronti delle compagnie petrolifere e del gas, anche se annunciano piani sempre più ambiziosi per la decarbonizzazione. L'aumento del costo del carbonio – in particolare nell'UE dove il regime di quote di emissioni del blocco è quasi raddoppiato di prezzo nell'ultimo anno – ha il potenziale per dirottare le risorse per accelerare l'assorbimento dell'idrogeno prodotto da energie rinnovabili.

L'Hydrogen Council – i cui membri includono compagnie petrolifere come BP, case automobilistiche come BMW Group e produttori come 3M – ritiene che l'idrogeno verde potrebbe raggiungere la parità di prezzo con quello prodotto da combustibili fossili nelle regioni ricche di energia rinnovabile verso la fine di questo decennio.

Tuttavia, il futuro dell'idrogeno è ancora incerto, afferma Gallagher, che nondimeno descrive lo "slancio" che si sta accumulando dietro di esso come "incredibile".

“Dopo il 2030 qualsiasi ipotesi sul futuro dell'economia dell'idrogeno potrebbe essere corretta – alla fine dipenderà da ciò che decideranno i politici e i leader aziendali. [Hydrogen] si presenta come una soluzione molto semplice a un problema enormemente complesso. Ma solo perché è semplice non significa che sia la risposta sbagliata. Per ora è la migliore risposta che abbiamo. "