Negli ultimi anni, l'interesse e l'attività nel settore dell'idrogeno hanno subito un'accelerazione, sotto la spinta dei governi che riconoscono il ruolo dell'idrogeno nella transizione energetica e delle aziende di tutto il mondo che capitalizzano le opportunità di mercato emergenti attraverso la fornitura di servizi, prodotti, tecnologie e progetti. Mentre l'attenzione si è concentrata sullo sviluppo a monte di siti di produzione di idrogeno a basse emissioni di carbonio (sia verdi che blu) e sui progressi a valle nelle tecnologie delle celle a combustibile e nei casi di utilizzo industriale dell'idrogeno, l'infrastruttura midstream necessaria per immagazzinare e trasportare l'idrogeno ha spesso ricevuto meno considerazione.

 

Lo sviluppo di questo anello critico della catena del valore è fondamentale per garantire il pieno potenziale dell'idrogeno come materia prima industriale, combustibile e vettore energetico, colmando il divario tra produzione e consumo. Esiste un'ampia gamma di soluzioni per il trasporto e lo stoccaggio dell'idrogeno.

 

 

Questo articolo approfondisce il tema delle tecnologie di stoccaggio e distribuzione dell'idrogeno, esaminandone i casi d'uso ed evidenziando le recenti attività commerciali in questo settore. Per un'esplorazione più approfondita di ciascuna tecnologia e delle relative attività commerciali, si rimanda al nuovo rapporto di mercato di IDTechEx, "Economia Dell'idrogeno 2023-2033: Produzione, Stoccaggio, Distribuzione E Applicazioni" .

 

 

Nonostante la sua impressionante densità energetica gravimetrica, una delle sfide principali dell'idrogeno è la complessità del suo stoccaggio e trasporto. Ciò deriva dalla sua densità estremamente bassa a condizioni ambientali, che comporta una bassa densità energetica volumetrica. Di conseguenza, è necessaria una compressione significativa (da 100 a 700 bar) o la liquefazione a un punto di ebollizione estremo di -253°C per aumentare la sua densità energetica volumetrica per immagazzinare e trasportare quantità adeguate.

 

Sebbene maturi, gli attuali metodi di stoccaggio a gas compresso e a liquido criogenico presentano notevoli svantaggi. Questi metodi sono ad alta intensità energetica e riducono il contenuto netto di energia dell'idrogeno. La compressione consuma il 10-30% dell'energia originaria, mentre la liquefazione può arrivare al 30-40%, con l'aggravio della necessità di un impianto di liquefazione separato, che comporta un notevole investimento di capitale. Queste inefficienze ostacolano in modo significativo alcune applicazioni, come la mobilità degli FCEV e lo stoccaggio dell'energia, riducendo drasticamente l'efficienza energetica complessiva. I rischi per la sicurezza dello stoccaggio di gas compresso e i problemi di boil-off dello stoccaggio di H₂ liquido portano a perdite di idrogeno, aggravando ulteriormente le sfide. Nel complesso, questi fattori rendono costoso e inefficiente il trasporto nazionale e internazionale dell'idrogeno.

 

A livello globale esistono gasdotti per l'idrogeno, per un totale stimato di 5.000 km, ma la loro portata è in gran parte limitata a regioni specifiche, come parti del Texas e della Louisiana intorno alla costa del Golfo o aree in Francia, Belgio, Paesi Bassi e Germania. In genere gestiti da giganti del gas industriale come Air Products, Linde e Air Liquide, questi gasdotti servono impianti industriali come le raffinerie entro un raggio limitato dai siti di produzione. Questa limitazione sottolinea l'urgente necessità di espandere le reti di gasdotti per collegare in modo più capillare le diverse regioni di produzione e consumo.

 

 

 

Sono disponibili molte soluzioni, ma la scelta ottimale dipende dalle dimensioni dello stoccaggio e dall'applicazione. I serbatoi di gas compresso e di idrogeno liquido continueranno probabilmente a servire le applicazioni di stoccaggio stazionarie, come le stazioni di rifornimento di idrogeno. Le sfere di idrogeno liquido possono essere utilizzate per stoccare grandi quantità nei siti di produzione e nei terminali di importazione/esportazione. Operatori affermati come Tenaris (stoccaggio di gas compresso), Chart Industries (serbatoi di H₂ liquido) e McDermott CB&I (serbatoi sferici di H₂ liquido) forniscono già queste soluzioni ben commercializzate.

 

I serbatoi di idrogeno compresso, in particolare quelli compositi di tipo III e IV, stanno guadagnando terreno nel mercato degli FCEV, in quanto sono i più adatti a immagazzinare l'idrogeno a bordo di un veicolo. Molti FCEV, come Hyundai Nexo e Toyota Mirai, utilizzano serbatoi di tipo IV che immagazzinano idrogeno a 700 bar. Si prevede che lo stoccaggio compresso continuerà in molti segmenti di FCEV, dominando quelli per veicoli leggeri. Tuttavia, i serbatoi di idrogeno liquido (LH₂ ) presentano il vantaggio di una maggiore capacità, che potrebbe essere vantaggiosa per i segmenti heavy-duty. Per questo motivo, alcune aziende, come Daimler Truck, stanno sperimentando l'uso di LH₂ .

 

I sistemi di stoccaggio che utilizzano idruri metallici sono promettenti per applicazioni stazionarie simili agli attuali sistemi di H₂ compresso e liquido. Questi sistemi, che funzionano a pressioni molto più basse (10-50 bar) e utilizzano cicli di pressione per l'adsorbimento/rilascio, possono essere più adatti per le applicazioni di stoccaggio dell'energia dell'idrogeno grazie al consumo energetico ridotto e, quindi, a una migliore efficienza di andata e ritorno. Aziende come GKN Hydrogen stanno procedendo verso la commercializzazione, avendo dimostrato i loro sistemi nell'accumulo di energia off-grid e nella cogenerazione residenziale. Molte altre aziende stanno sviluppando sistemi basati sugli idruri metallici.

 

Lo stoccaggio sotterraneo dell'idrogeno, che utilizza bacini come le caverne saline, si basa su metodi di stoccaggio del gas naturale già consolidati. Nei prossimi anni operatori come Uniper e Gasunie prevedono di integrare tali strutture nelle reti di gasdotti per l'idrogeno. Si prevede che lo stoccaggio sotterraneo svolga un ruolo chiave nello stoccaggio stagionale dell'idrogeno per rifornire i settori nei periodi di minore domanda, come lo stoccaggio del gas naturale. Gli impianti sotterranei possono essere utilizzati anche da progetti industriali come riserva tampone di idrogeno - HYBRIT, un progetto di produzione di acciaio sostenibile in Svezia, sta testando questo concetto utilizzando una caverna in roccia rivestita (LRC). Tuttavia, la regolamentazione e i lunghi tempi di sviluppo del progetto rimangono le sfide principali per questo tipo di stoccaggio.

 

 

Attualmente, i rimorchi di idrogeno compresso e liquido alimentano applicazioni su scala ridotta, come stazioni di rifornimento o progetti pilota. Questa tendenza è destinata a continuare, poiché i trasporti su larga scala, dove sono necessarie forniture continue di idrogeno, potrebbero non essere fattibili con questi metodi. Per il trasporto di gas compresso si possono utilizzare molti tipi di serbatoi, dal tipo I al IV, sviluppati da aziende come Hexagon Purus . Altre aziende, come LIFTE H2, stanno utilizzando i concetti di rimorchio per sviluppare rifornitori mobili, che possono compensare la mancanza di una stazione di rifornimento di idrogeno.

 

Il trasporto su larga scala e su distanze più lunghe richiederà la costruzione di oleodotti, sia che si tratti di un percorso diretto dalla produzione ai siti di utilizzo finale, sia che si tratti di un'immissione in reti di oleodotti. Sono previste nuove costruzioni e alcuni progetti, come l'oleodotto HyNet North West, sono già in corso. Il riutilizzo dei gasdotti del gas naturale è una possibilità, ma richiede ampie simulazioni, test e valutazioni dei rischi per identificare i gasdotti adatti. L'iniziativa European Hydrogen Backbone è un'iniziativa leader in termini di sviluppo di una rete di gasdotti su larga scala, con la partecipazione di oltre 30 operatori - molti dei gasdotti che verranno utilizzati sono previsti per essere riutilizzati da reti esistenti. Anche la miscelazione dell'idrogeno nel gas naturale è un argomento molto popolare, in quanto rappresenta un modo per decarbonizzare parzialmente il settore del riscaldamento e dell'energia elettrica; progetti come HyDeploy hanno dimostrato che una miscela di 20 vol. è sicura nei gasdotti esistenti. Tuttavia, una percentuale più elevata di miscele di idrogeno richiederà la modifica di molti apparecchi e attrezzature nel settore residenziale e industriale.

 

Il trasporto internazionale a lunga distanza può prevedere l'idrogeno liquido o la conversione in vettori di idrogeno come l'ammoniaca o il LOHC. Il trasporto di idrogeno liquido è stato dimostrato dalla nave Suiso Frontier (costruita da Kawasaki Heavy Industries) nel progetto HESC, che ha trasportato idrogeno dall'Australia al Giappone. Tuttavia, questa via potrebbe essere meno praticabile rispetto ai vettori a causa delle difficoltà tecniche e commerciali di trattare l'idrogeno liquido.

 

Il vantaggio dell'uso di vettori di idrogeno è l'utilizzo delle rotte di trasporto e delle navi esistenti, anche se richiede strutture di trattamento aggiuntive. Aziende come Chiyoda Corporation e Hydrogenious LOHC Technologies sono in procinto di commercializzare le loro soluzioni LOHC. Nel porto di Rotterdam è previsto anche un terminale di ricezione dell'ammoniaca, frutto della collaborazione tra Royal Vopak, Gasunie e HES International. Molte altre aziende a livello globale stanno considerando l'ammoniaca come l'opzione più valida.

 

 

L'adozione globale delle tecnologie di stoccaggio e distribuzione dell'idrogeno si espanderà con l'aumento della produzione e dei siti di utilizzo finale. Ciò rappresenta un'opportunità per la fornitura di prodotti, lo sviluppo di progetti e la R&S per innovare e perfezionare i metodi esistenti. IDTechEx prevede che il mercato globale della produzione di idrogeno a basse emissioni di carbonio raggiungerà i 130 miliardi di dollari entro il 2033, prevedendo una crescita sostanziale nelle soluzioni di trasporto e stoccaggio. Il nuovo "Hydrogen Economy 2023-2033: Production, Storage, Distribution & Applications" offre una panoramica esaustiva della catena del valore, includendo analisi tecnologiche, confronti, attività commerciali, innovazioni e tendenze di mercato.

 

Per saperne di più su questo rapporto IDTechEx, comprese le pagine campione scaricabili, visitate il sito www.IDTechEx.com/hydrogeneconomy.