Gli obiettivi climatici che puntano a raggiungere lo zero netto in termini di emissioni portano investimenti e attenzione verso il settore delle fonti di energia rinnovabili, compreso l'idrogeno, sostenibile dal punto di vista climatico. L'interesse per l'idrogeno non è una novità; ciò che è nuovo è il ruolo critico che può svolgere per garantire il rispetto dei requisiti globali per la decarbonizzazione. Infatti, nel corso dell'ultimo decennio, la domanda di idrogeno è aumentata del 28% poiché sempre più settori si rendono conto del suo potenziale come fonte di energia alternativa ai combustibili fossili, in particolare i settori difficili da decarbonizzare, nonché in un'ampia gamma di applicazioni nell'intera catena del valore.
Ci sono una miriade di modi per creare idrogeno, alcuni dei quali creano sottoprodotti del carbonio e altri che non comportano emissioni, ma tutti presentano delle complessità uniche. Idealmente, l'attenzione si concentrerebbe sulla produzione di "idrogeno verde", che deriva da fonti puramente rinnovabili senza produrre emissioni. Tuttavia, scalare e commercializzare l'idrogeno verde richiederà ancora molto tempo poiché bisogna costruire l'infrastruttura, renderla affidabile e sicura, fornirla a un costo competitivo e dare ai consumatori la certezza che sarà disponibile quando e dove necessario.
Nel frattempo, la produzione di vari tipi di idrogeno, tra cui blu e grigio, può aiutare a soddisfare la domanda attuale, promuovere un'adozione di questo combustibile superiore e offrire conoscenze chiave per contribuire a ridurre i costi. Come tutti i nuovi settori, per avanzare più rapidamente è necessario un progresso misurabile nell'intera catena del valore.
Con la crescita della domanda relativa all'idrogeno, il settore dovrà accelerare e scalare la produzione e la distribuzione. Che utilizzino elettrolizzatori o reformer di metano a vapore con cattura del carbonio, le aziende dipenderanno da tecnologie di automazione avanzate combinate con processi avanzati e potenti analisi dei dati. Le tecnologie giuste possono contribuire a migliorare la produttività, ridurre la variabilità, diminuire il consumo energetico, ridurre le emissioni e convalidare la sostenibilità delle operazioni.
La progettazione dell'automazione globale basata su dispositivi intelligenti, IoT, sistemi di controllo distribuito, analisi dei dati, digital twin e strumenti di progettazione avanzati consentono agli impianti di progettare una struttura e scalare facilmente, accelerare la curva di apprendimento, migliorare l'efficienza operativa, trarre vantaggio dalla manutenzione preventiva e ottimizzare i costi del ciclo di vita degli asset.
Emerson sta lavorando a un progetto pilota, denominato PosHYdon, che sarà determinante per fornire informazioni sull'efficienza degli elettrolizzatori e sullo sviluppo di sistemi di produzione di idrogeno verdi su larga scala.
PosHYdon garantisce la produzione di idrogeno offshore nei Paesi Bassi, generando combustibili rinnovabili tramite l'elettricità verde dalle turbine eoliche per alimentare il processo di produzione. Il metodo converte l'acqua di mare in acqua demineralizzata, per produrre idrogeno tramite elettrolisi in sicurezza. Quindi l'idrogeno viene miscelato con il gas naturale e trasportato sulla costa, attraverso il gasdotto esistente, e immesso nella rete nazionale del gas.
Il progetto sta utilizzando la tecnologia del sistema di controllo distribuito DeltaV di Emerson per controllare le unità di desalinizzazione e degli elettrolizzatori, la miscelazione di gas e il bilanciamento degli asset dell'impianto, fornendo al contempo maggiore sicurezza, tempi di disponibilità del processo ed efficienza operativa.
I progetti per l'idrogeno sostenibile sono complessi perché devono integrare molte fonti di dati in un unico sistema di bilanciamento dell'impianto, un processo fondamentale per il successo di una struttura. Emerson sta collaborando con Toyota Australia per trasformare parte delle operazioni della casa automobilistica in un impianto commerciale di produzione, stoccaggio e rifornimento di idrogeno. Questo progetto fa affidamento sul sistema di controllo distribuito DeltaV™ di Emerson per estrarre e contestualizzare i dati dai complessi asset dell'impianto, rendendo più semplice il monitoraggio di produzione e stoccaggio di gas idrogeno e la convalida della sostenibilità delle operazioni.
"Introducendo l' automazione digitale per l'eliminazione dei silos di dati, Toyota Australia non solo riesce a ridurre significativamente i costi, ma ottiene anche una maggiore visibilità sulle prestazioni del sistema, semplificando la gestione delle prestazioni e aumentando la produttività", ha dichiarato Mark Bulanda, Executive President di Emerson Automation Solutions in Emerson.
Un altro progetto entusiasmante è l'Advanced Clean Energy Storage di Mitsubishi Power Americas, che dovrebbe essere uno dei più grandi hub industriali di produzione e stoccaggio di idrogeno verde al mondo. La struttura fornirà la materia prima di idrogeno all'adiacente progetto di rinnovo della centrale elettrica Intermountain (IPP) dell'Intermountain Power Agency, che utilizzerà la prossima generazione di simulazione dell'impianto totale che include la tecnologia digital twin di Emerson, modelli di turbine a gas e turbine a vapore ad alta fedeltà Mitsubishi e analisi avanzate per supportare la messa in servizio e la formazione. La centrale a ciclo combinato con turbina a gas da 840 megawatt di IPP Renewal funzionerà inizialmente con una miscela di idrogeno verde al 30% e gas naturale al 70% di volume a partire dal 2025, per poi aumentare al 100% entro il 2045.
Prima che l'idrogeno possa essere utilizzato per l'alimentazione, deve essere convertito, immagazzinato o trasportato. L'obiettivo è ridurre al minimo le perdite di idrogeno, sapere quanto idrogeno passa attraverso le trasmissioni e i punti di trasferimento e gestirlo in modo sicuro ed efficiente. Lo stoccaggio dell'idrogeno è una tecnologia chiave che consente il progresso dell'idrogeno in applicazioni che includono alimentazione fissa, alimentazione portatile e trasporto. Le molecole di idrogeno possono essere trasportate e conservate sotto varie forme: allo stato liquido H2, tramite vettore di idrogeno organico liquido (LOHC) o come molecole di ammoniaca. Le caratteristiche dello stoccaggio dell'idrogeno sono complementari ad altre tecnologie di stoccaggio dell'energia a breve termine, come le batterie agli ioni di litio.
Vi sono rischi per la sicurezza gestibili di problemi di sovrapressione e perdite dovuti a condizioni di alta pressione e vibrazioni elevate. Le valvole antipompaggio, i rilevatori di vibrazioni e i regolatori di pressione contribuiscono a migliorare l'affidabilità e prevenire le emissioni fuggitive.
La chiave per un'adozione più rapida della tecnologia è utilizzare l'infrastruttura esistente, risparmiando tempo e denaro per l'implementazione del progetto. Miscelare l'idrogeno nelle condutture di gas naturale è un ottimo esempio. L'idrogeno di origine naturale, combinato con la cattura del carbonio, offre un'enorme opportunità per accelerare l'adozione dell'idrogeno come fonte sostenibile in tutto il mondo.
Tuttavia, la miscelazione dell'idrogeno nell'infrastruttura del gas naturale pone tre sfide: corrosione, perdite di idrogeno e qualità e intercambiabilità del gas. La tecnologia di monitoraggio della corrosione di Emerson è stata studiata su misura per soddisfare le esigenze specifiche dei gasdotti a idrogeno. Il monitoraggio remoto delle condutture fornisce un quadro dettagliato delle operazioni (monitoraggio dei prodotti, composizione dei fluidi e altro) per migliorare l'integrità delle tubazioni. I gascromatografi certificati per l'uso d'idrogeno garantiscono il rispetto della qualità del gas e delle specifiche contrattuali
Con l'aiuto della tecnologia Emerson, il fornitore di energia canadese Enbridge è stato il primo nel Nord America a utilizzare l'elettricità rinnovabile per produrre idrogeno a emissioni zero. Enbridge miscela l'idrogeno nell'infrastruttura del gas naturale per fornire energia più pulita a 3.500 abitazioni.
Le stazioni di riempimento di idrogeno sostituiranno le tradizionali stazioni di riempimento di combustibile, richiedendo comunque sistemi che soddisfino i più alti standard di prestazioni e sicurezza. Le tecnologie di automazione aiutano a ridurre i costi di manutenzione e le interruzioni non pianificate nelle stazioni di rifornimento. Inoltre, le tecnologie avanzate per l'edge controll consentiranno di realizzare stazioni non presidiate, rendendo la soluzione più fattibile ed efficace dal punto di vista dei costi.
Allo stesso tempo, gli operatori vogliono garanzie che le stazioni erogano la giusta quantità di combustibile alla giusta pressione, in modo rapido e sicuro. La strumentazione avanzata per l'erogazione di volumi precisi di combustibile aiuterà a ridurre i costi e le perdite, e a garantire operazioni sicure.
Anche le celle a combustibile che convertono il combustibile a idrogeno in energia pulita in veicoli elettrici devono essere affidabili e offrire un ingombro ridotto e leggero. L'ottimizzazione dei sistemi di celle a combustibile è fondamentale per eliminare i tempi di inattività e ridurre i costi.
Emerson sta lavorando con BayoTech nella costruzione di centinaia di unità modulari ed efficienti a idrogeno per produrre idrogeno più pulito e a basso costo. Tali unità possono produrre fino a 1.000 chilogrammi di idrogeno al giorno, abbastanza da rifornire fino a 200 veicoli a celle a combustibile di idrogeno. Per ottenere una scalabilità globale, gli hub di produzione locali di BayoTech si affideranno alle tecnologie di controllo logico programmabile e di edge control di Emerson, al monitoraggio remoto e alla suite IoT di Microsoft Azure per operare in modo sicuro e autonomo.
Inoltre, i misuratori di portata a effetto Coriolis Micro Motion di Emerson, progettati per pressioni operative elevate, vengono utilizzati dalla stazione di rifornimento di PitPoint di TotalEnergies nei Paesi Bassi per misurare in modo sicuro e preciso la portata di idrogeno allo stato gassoso. Come partner di Total Energies Gas Mobility, Emerson è uno dei pochi fornitori di misuratori di portata che si possono utilizzare nei distributori di idrogeno certificati.
L'idrogeno è il futuro di un mix di fonti energetiche diversificato e sostenibile dal punto di vista ambientale, ma per realizzare questo ambizioso obiettivo è necessario un approccio equilibrato e accelerato lungo l'intera catena del valore. Con l'innovazione e la scalabilità delle soluzioni a idrogeno lungo tutta la catena del valore, aiuteremo a ridurre i costi, costruire la domanda e la fiducia dei consumatori e convalidare le tecnologie necessarie per produrre, trasportare, stoccare e consumare idrogeno. Ma arrivare per primi significa costruire una base solida che combini tecnologie di automazione, ingegneria collaborativa e partner con esperienza nel settore e utilizzare l'infrastruttura esistente per contribuire ad accelerare lo sviluppo dell'idrogeno come fonte di energia completa e affidabile, un vero combustibile per il futuro.
