L’overview sull'idrogeno in sintesi
Con la Strategia System Integration, pubblicata a luglio 2020, la Commissione Europea ha tracciato un innovativo sentiero per conseguire una piena decarbonizzazione del settore energetico al 2050 e che mira a superare la contrapposizione tra singole filiere energetiche a “silos”, per andare verso un sistema in grado di far dialogare tra loro le differenti infrastrutture.
Uno dei sei pilastri lungo i quali sviluppare la Strategia di integrazione del sistema energetico è la promozione dei biocombustibili, compreso l’idrogeno, nei settori difficili da elettrificare (ad esempio l’industria gasivora o il trasporto pesante) cosiddetti «hard to abate».
Parallelamente la Commissione ha adottato una vera e propria Strategia dedicata all’idrogeno, che individua specifici target qualitativi e quantitativi al 2030, ovverosia:
- Transizione graduale dall’idrogeno blu all’idrogeno verde
- 40 GW di capacità elettrolizzatori
- 333 TWh di H2 verde
In ogni caso si prevede che la maturità tecnologica dell’H2 verde sia raggiunta post 2030.
In chiave evolutiva il sector coupling (ovverosia lo sviluppo di investimenti affinché rete EE e gas possano dialogare) e, in particolare, il power to gas (P2G) rappresentano la sfida cruciale per lo sviluppo dell’idrogeno. La tecnologia P2G, mediante elettrolisi, è in grado di trasformare l’energia rinnovabile prodotta in eccesso in gas rinnovabile stoccabile (idrogeno verde o metano di sintesi). Questa soluzione consente di decarbonizzare alcuni consumi garantendo comunque la flessibilità stagionale richiesta dal sistema energetico nazionale.
Gli investimenti infrastrutturali in questo ambito sembrano essere incoraggiati dalla Commissione, tuttavia non è ancora definito se gli asset per la produzione di H2 verde e di stoccaggio dei gas rinnovabili saranno regolati o a mercato.
Anche a livello nazionale sta maturando la consapevolezza che per decarbonizzare alcuni settori non elettrificabili (i.e. industria e trasporti pesanti), oggi alimentati a gas naturale o combustibili fossili sarà necessario sviluppare una filiera di «gas puliti» i.e. biometano e green H2 in modo da sostituire progressivamente il CH4 con gas a basso impatto carbonico. Rimane in ogni caso inteso che in questi settori dovranno contestualmente aumentare, in maniera significativa, anche le iniziative di efficientamento energetico.
Gli step di avanzamento a livello europeo
Le Strategie EU pubblicate a luglio 2020 hanno tracciato il sentiero per l’integrazione di tutti i vettori energetici puliti, fra cui l’idrogeno, nel processo di decarbonizzazione. Con riferimento all’idrogeno sono state individuate tre macro-fasi di sviluppo.
Nel breve termine (2025 -> 2030) il c.d. «blending» potrà essere sufficiente ad ospitare l’incremento di produzione di green gas, la cui introduzione nelle reti potrà avvenire tramite la rete di trasporto ma successivamente potrebbe diventare insufficiente nel dare la risposta agli obiettivi di decarbonizzazione.
Nel medio lungo periodo (2030 -> 2040) a tale distribuzione si affiancherà il graduale sviluppo di reti «full-hydrogen» che si evolveranno a partire dai primi siti «hard-to-abate», ovvero quegli usi industriali in cui l’idrogeno è elemento non sostituibile per ottenere la decarbonizzazione.
Nel lungo periodo (2040 -> 2050) le isole «full-hydrogen» inizieranno a collegarsi fra loro e a coinvolgere anche il mercato domestico.
L’obiettivo del Gruppo Hera
Grazie alla natura multiutility del Gruppo e alla diversificazione dei business in portafoglio, le sinergie intra-business diventano per HERA un’opportunità e un vantaggio competitivo: rendendo circolari i processi, lo scarto di un business diventa la risorsa di un’altra attività, in un gioco win-win che rende unica la performance della società.
Nella produzione di idrogeno essere un operatore integrato, come Hera, porta rilevanti vantaggi perché consente la produzione economicamente competitiva e sostenibile: nel processo di elettrolisi, per separare l'acqua in idrogeno e ossigeno, viene utilizzata l’energia green a basso costo proveniente dai WTE non più incentivata. L’ossigeno liberato può essere utilizzato nel processo di depurazione delle acque reflue del ciclo idrico, di cui Hera è il 2° operatore in Italia, mentre l’idrogeno prodotto può essere stoccato o distribuito al cliente finale attraverso la rete di distribuzione Gas (Hera è al 3° posto a livello nazionale), creando un ciclo energetico rinnovabile e innocuo per l'ambiente.
La strategia del Gruppo
Il Gruppo contribuisce alla carbon neutrality attraverso una serie di interventi per alimentare, con energie rinnovabili e green, settori produttivi e comunità. Dato che l’energia prodotta da fonti rinnovabili può essere convertita in energia elettrica ma non tutte le attività possono essere elettrificate, per promuovere la decarbonizzazione è importante sviluppare combustibili “green” come biometano e idrogeno.
Le principali aree di intervento e flussi delle operazioni:
La Ricerca & Sviluppo, in capo alla Direzione Centrale Innovazione, che serve a verificare la prima fattibilità delle varie iniziative. Conclusa l’analisi, i progetti vengono assegnati per le fasi successive a HERAtech.
L’analisi degli impatti, che avrà l’idrogeno sulle infrastrutture per instradare eventuali interventi necessari, vede in campo Inrete, Herambiente, HERAtech e Hera Comm.
L’analisi del mercato per individuare i potenziali acquirenti e le loro esigenze, a carico della struttura Energy Management.
Gli ambiti ed i possibili utilizzi dell'idrogeno
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Materia prima: per la produzione di fertilizzanti e nei processi di raffinazione
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Energia: per la produzione di fuel cell, le cosidette pile a combustibile
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Storage: per immagazzinamento con successiva distribuzione tramite la rete gas
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Fuel: per alimentare il trasporto pubblico e di merci
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Idrogeno come storage: power to gas nel depuratore di Bologna
Obiettivo:
Realizzare un impianto Power to Gas (P2G) dimostrativo di metanazione di scala semi-industriale (1 MW) presso l’impianto di depurazione IDAR di Bologna per convertire i surplus di energia elettrica rinnovabile di rete in biometano.
Il progetto prevede:
- installazione di un elettrolizzatore da 1 MW per la produzione di idrogeno tramite elettrolisi dell’acqua
- realizzazione di un impianto di metanazione biologica, per la conversione di H2 e CO2 in biometano
- immissione del biometano, composto da metano per oltre il 96%, nella rete di distribuzione del gas naturale
L’eccesso di energia green non accumulabile e l’acqua reflua, trattata nel contiguo depuratore, verranno fatti confluire nell’elettrolizzatore per produrre idrogeno che verrà immesso nella rete di distribuzione gas, dopo essere stato trasformato in metano attraverso il processo di metanazione che converte l’anidride carbonica presente nel biogas prodotto dall’impianto di digestione anaerobica presente nel depuratore. In ottica circolare, mentre l’ossigeno prodotto dall’elettrolisi verrà riutilizzato nel processo di depurazione delle acque reflue, i fanghi di depurazione serviranno ad alimentare il reattore di metanazione in un processo continuo e reciprocamente integrato.
Lo stato di avanzamento:
Il progetto vede la collaborazione di diverse business unit di HERA. In particolare, presso il depuratore di Hera a Bologna Corticella, è in fase avanzata di progettazione un innovativo impianto che consentirà di trasformare l’eccesso di energia elettrica rinnovabile in idrogeno “verde” da immettere nelle reti sfruttando l’acqua depurata e ritornando nel processo di depurazione delle acque ossigeno, biogas e fanghi per ottenere una “simbiosi” di reciproco vantaggio tra i due impianti, con un ulteriore beneficio ambientale.
Sono stati effettuati test preliminari su fanghi di depurazione e biogas dell’impianto IDAR per verificarne la compatibilità con i processi di metanazione biologica. Sono state anche individuate le possibili configurazioni impiantistiche e scenari di acquisto di energia elettrica rinnovabile nonché i possibili fornitori di sistemi di elettrolisi. Dopo avere individuato l’area in cui posizionare l’impianto pilota all’interno di IDAR, Heratech ha verificato, con esito positivo, la compatibilità della collocazione dell'impianto con le disposizioni della norma "Seveso Bis” ed è imminente l’inizio della procedura di autorizzazione alla costruzione. L’entrata in esercizio è prevista per gli ultimi mesi del 2023.