Come il gas naturale accelera il cammino verso l'idrogeno
Non esiste una sola via per la decarbonizzazione e la frase familiare "transizione energetica" riconosce che il progresso si trova un passo alla volta.
Per soddisfare la crescente domanda di riduzione dei gas a effetto serra, le aziende stanno cercando di adottare l'idrogeno rispettoso del clima come fonte di energia flessibile e infinitamente rinnovabile.
L'idrogeno sta prendendo slancio a causa dell'alto grado di flessibilità di origine e utilizzo. Non solo può essere derivato da fonti tradizionali basate su idrocarburi, come il petrolio, il gas o il carbone, ma può anche essere creato utilizzando energia rinnovabile basata sull'energia eolica e solare attraverso un processo chiamato elettrolisi.
I diversi modi di produzione dell'idrogeno e il relativo profilo delle emissioni al momento della produzione sono etichettati colloquialmente con il colore. Per esempio, l'Idrogeno rinnovabile o "H2 verde" è derivato da fonti puramente rinnovabili senza emissioni, mentre "l'idrogeno grigio" è derivato da fonti a base di carbonio le cui emissioni vengono rilasciate nell'atmosfera. Anche le fonti decarbonizzate o "H2 blu" sono derivate da idrocarburi, solitamente gas naturale pulito, ma hanno il vantaggio della cattura del carbonio, che impedisce alle emissioni di raggiungere l'atmosfera.
Nonostante le recenti fluttuazioni dei prezzi, l'infrastruttura del gas naturale costituisce un acceleratore per l'economia dell'idrogeno. Con una fornitura abbondante di risorse naturali, c'è la possibilità di convertire molecole di gas in idrogeno più vicino a dove necessario.
L'idrogeno di origine rinnovabile è il migliore dal punto di vista della sostenibilità ambientale, poiché il carbonio non entra mai nella fornitura energetica. Tuttavia l'infrastruttura necessaria per creare una vasta adozione dell'idrogeno da fonti verdi non è disponibile e non lo sarà per molto tempo. In attesa di questa infrastruttura il mondo potrà ulteriormente inibire la capacità di raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione net-zero.
D'altra parte, l'infrastruttura esistente per il gas naturale è vasta e fornisce un modo rapido e sicuro per costruire esperienza utilizzando l'idrogeno in un'ampia gamma di applicazioni.
Solo negli Stati Uniti vi sono più di 3 milioni di miglia di tubazioni di gas naturale, e molti altri milioni in tutto il mondo. Nonostante le recenti fluttuazioni dei prezzi, l'infrastruttura del gas naturale costituisce un acceleratore per l'economia dell'idrogeno. Con un'abbondante fornitura di risorse naturali, è possibile convertire le molecole di gas in idrogeno nel punto più vicino al punto in cui è necessario. A differenza del suo "cugino" grigio, l'idrogeno blu proveniente dal gas naturale include processi di cattura e stoccaggio sotterraneo permanente del carbonio per prevenire il rilascio di CO2 nell'atmosfera.
Si tratta di un gradino importante nella crescita complessiva e nell'adozione dell'idrogeno perché il gas naturale è emerso come una delle forme più pulite di fonti di energia a idrocarburi. L'idrogeno di origine naturale, combinato con la cattura del carbonio, offre un'enorme opportunità per accelerare l'adozione dell'idrogeno in tutto il mondo a breve e medio termine, per passare infine a una percentuale crescente di materie prime rinnovabili o a emissioni zero nel lungo termine.
Conoscere la produzione di idrogeno da gas naturale
Oggi, la maggior parte dell'idrogeno prodotto, sia negli Stati Uniti che nel mondo, viene prodotto tramite reforming con vapore, un processo di produzione maturo in cui il vapore ad alta temperatura viene utilizzato per produrre idrogeno da una fonte di metano, come il gas naturale. Senza tecnologia di cattura delle emissioni, il processo di reforming del gas naturale rilascia grandi quantità di carbonio nell'atmosfera. Per rendere l'idrogeno più sostenibile, i produttori devono affrontare le emissioni di questo processo di produzione. Questo è un puzzle fondamentale per le industrie che adottano oggi un piano di transizione energetica pulita mentre sviluppano soluzioni ecologiche a lungo termine per il futuro.
Il processo di reforming con vapore è suddiviso in tre fasi. In primo luogo, il gas naturale reagisce con vapore, pressione e un catalizzatore per produrre idrogeno, monossido di carbonio e una piccola quantità di anidride carbonica. Nella fase successiva, nota come "reazione di spostamento del gas d'acqua", il vapore e il monossido di carbonio reagiscono con un catalizzatore per produrre anidride carbonica e altro idrogeno. Nella fase finale, l'idrogeno puro viene creato attraverso "l'adsorbimento a pressione oscillante", in cui vengono eliminate l'anidride carbonica e altre impurità. Nel processo tradizionale di produzione di idrogeno grigio, l'anidride carbonica di scarto viene rilasciata nell'atmosfera. Al contrario, con l'idrogeno blu, la maggior parte delle molecole di anidride carbonica viene catturata e riportata nel sottosuolo per lo stoccaggio a lungo termine.
Con più idrogeno sul mercato, un'energia più pulita può essere adottata in diversi modi. La miscelazione della fornitura di gas naturale con idrogeno rinnovabile riduce le emissioni complessive di GHG.
Di fatto, queste tecnologie avvicinano a un futuro con combustibile a idrogeno più sostenibile. Le soluzioni di reforming del metano a vapore (SMR) di Emerson ottimizzano e stabilizzano le operazioni di reforming per aiutare i produttori a migliorare la produttività, ridurre la variabilità, diminuire il consumo energetico, ridurre le emissioni e ridurre al minimo i rischi per la sicurezza. Queste soluzioni includono l'installazione di indicatori Micro Motion a effetto Coriolis sul gas combustibile o sull'alimentazione di gas naturale per controllare il rapporto vapore-carbonio. Questi indicatori preservano la sicurezza, la durata utile del catalizzatore e i costi energetici. Poiché l'idrogeno viene prodotto ad alta pressione, le valvole di controllo finali e i regolatori di Emerson contribuiscono a mantenere un processo sicuro e controllato. Per aumentare l'efficienza complessiva e identificare le perdite nel sistema, Emerson utilizza anche la tecnologia ADSO (PSA). Queste soluzioni, abbinate ad altre tecnologie Emerson, inclusi i sistemi di Digital Twin, di controllo e sistema di monitoraggio e la piattaforma Plantweb Optics, possono aiutare le aziende a convertire il gas naturale in idrogeno blu in modo efficiente e sicuro.
Con più idrogeno sul mercato, è possibile adottare un'energia più pulita in diversi modi. Miscelando la fornitura di gas naturale con idrogeno rinnovabile si riducono le emissioni complessive di gas a effetto serra e l'adozione dell'idrogeno blu fornisce anche un'opportunità per sfruttare preziose risorse energetiche e infrastrutturali, comprese le riserve di combustibile fossile e i gasdotti di gas naturale.
Guida del percorso H2
Un'azienda che si è mossa con l'Idrogeno rinnovabile è Enbridge, fornitore canadese di energia. Con l'aiuto della tecnologia Emerson, l'azienda è la prima in Nord America a utilizzare elettricità rinnovabile per produrre idrogeno privo di emissioni. Enbridge ha inoltre miscelato l'idrogeno nell'infrastruttura del gas naturale, in un programma pilota che sta fornendo energia più pulita a 3.500 abitazioni. Questo progetto scalabile è un esempio di come l'idrogeno blu possa contribuire a creare economie locali a basse emissioni di carbonio e un futuro energetico più sostenibile.
Un altro cliente Emerson che guida l'economia dell'idrogeno è BayoTech, con sede ad Albuquerque, N.M. Rifornendo la catena di valore dell'idrogeno end-to-end, BayoTech sta innovando il modo in cui l'idrogeno viene prodotto, fornito e consumato. I campi di lavoro vanno dal reforming con vapore di metano di gas naturale, gas di discarica e biogas agricoli a fonti rinnovabili come eolica e solare.
A partire dalla fine del 2022, BayoTech collaborerà con Savock Farms in Scozia per deviare una parte del biometano prodotto da processi di digestione anaerobica in sede per iniezione della rete di alimentazione alla produzione di idrogeno. Utilizzando la tecnologia Emerson, il progetto BayoTech può produrre 1.000 chilogrammi o più di idrogeno rinnovabile al giorno per alimentare veicoli a zero emissioni nella regione. Questo progetto replicabile e scalabile offre ai consumatori locali l'accesso all'idrogeno senza carbonio. Il progetto è anche in linea diretta con i piani della Scozia di installare almeno 5 gigawatt di produzione di idrogeno rinnovabile e a bassa emissione di carbonio entro il 2030.
Trovare soluzioni creative per integrare soluzioni energetiche più pulite è una vittoria per aziende, responsabili politici e consumatori. Poiché il mondo cerca di raggiungere Net Zero entro il 2050, l'idrogeno può svolgere un ruolo fondamentale nell'affrontare la necessità globale di energia più pulita. La chiave è rimuovere le barriere per l'adozione in modo da poter "imparare facendo" e acquisire fiducia nell'idrogeno come fonte di energia sostenibile per il futuro.