L'idrogeno sembra essere una vera promessa in vista della transizione all'energia sostenibile, in particolare nei settori industriali dove l'elettrificazione presenta delle difficoltà. Anu Pulkkinen, Senior Strategy and Business Development Manager di Vaisala, presenta la situazione attuale dell'economia dell'idrogeno e il ruolo chiave delle misurazioni accurate nella realizzazione della transizione verde.

Per economia dell'idrogeno si intende l'uso dell'idrogeno per decarbonizzare quei settori economici dove l'elettrificazione presenta ancora delle difficoltà, come i trasporti, la navigazione marittima, l'aviazione e l'industria pesante. Come altre alternative ai combustibili fossili, l'idrogeno è classificato in base al colore secondo la modalità in cui viene prodotto:

• L'idrogeno verde viene prodotto attraverso l'elettrolisi dell'acqua usando elettricità rinnovabile come quella eolica o solare.
• L'idrogeno blu viene prodotto dividendo il gas naturale fossile in idrogeno e CO2 e quindi catturando, immagazzinando o utilizzando la CO2 prodotta.
• L'idrogeno grigio, la forma più comune attualmente in produzione, viene creato con la stessa modalità dell'idrogeno blu, ma in questo caso la CO2 viene rilasciata nell'atmosfera, non catturata.

L'idrogeno blu e quello verde contribuiranno alla crescita dell'economia dell'idrogeno. 
 

L'idrogeno svolgerà un ruolo essenziale nella transizione energetica globale

Grazie alle tecnologie di produzione in costante evoluzione e alle applicazioni sempre più avanzate, l'economia dell'idrogeno sta compiendo grandi progressi. L'idrogeno è già ampiamente utilizzato come materia prima o combustibile in alcuni processi, ad esempio nella raffinazione del petrolio e nella produzione di ammoniaca e metanolo, e come agente riducente nella produzione di acciaio. Tutti questi settori mirano a passare a un idrogeno più pulito e verde per contribuire in modo significativo alla riduzione delle emissioni.

L'idrogeno, inoltre, viene utilizzato nelle celle a combustibile che alimentano i motori elettrici di autobus e camion e come fonte e mezzo di stoccaggio nella produzione di energia. L'idrogeno e i combustibili derivati sono soluzioni potenziali a basse emissioni di carbonio per il trasporto marittimo e aereo, dove la decarbonizzazione è particolarmente impegnativa. Per ulteriori dettagli sul futuro delle celle a combustibile, guarda la mia presentazione Ricerca e sviluppo delle celle a combustibile: tendenze future, fattori determinanti e applicazioni.
 

Perché la misurazione affidabile è importante nell'economia dell'idrogeno

La visione di Vaisala in merito alla decarbonizzazione è ampia e comprende fattori quali ottimizzazione dei processi, utilizzo, cattura e stoccaggio del carbonio (CCUS), elettrificazione, nuove tecnologie e innovazioni. La misurazione accurata di parametri quali umidità, anidride carbonica e metano è essenziale per sviluppare l'economia dell'idrogeno e accelerare la transizione verso l'energia sostenibile.

Gli strumenti offerti da Vaisala per misurare questi parametri assicurano misurazioni stabili online e in tempo reale eliminando il campionamento manuale. In aggiunta, offrono tempi di risposta rapidi e sono facilissimi da installare e gestire, grazie a un intervallo di calibrazione lungo e nessuna parte mobile o materiale di consumo da sostituire.

Le sonde di misurazione Vaisala possono inviare un segnale di corrente continua (4 - 20 mA) e un bus di campo (Modbus) al sistema di automazione di un impianto senza dover installare software o hardware aggiuntivi. Tutti gli strumenti di Vaisala hanno un intervallo di temperatura ampio, offrono opzioni per resistere senza problemi agli agenti atmosferici e la certificazione Ex per poter essere installati in ambienti esplosivi, molto impegnativi. Ecco alcuni esempi di tecnologia Vaisala in applicazioni correlate all'idrogeno.
 

Le celle a combustibile dipendono dall'affidabilità delle misurazioni di umidità

L'idrogeno viene utilizzato in un'ampia gamma di applicazioni con celle a combustibile, dove il controllo dell'umidità è fondamentale per il meccanismo di scambio di protoni in queste celle. All'interno delle celle a combustibile è presente una membrana elettrolitica polimerica (PEM), che conduce i protoni tra l'anodo e il catodo. È necessario controllare l'umidità dei gas reagenti, idrogeno nell'anodo e aria nel catodo, per preservare l'integrità della membrana.

Quando l'umidità è tenuta al livello ottimale, la PEM ha una conduttività protonica alta e una resistenza elettrica bassa, ma se l'umidità diminuisce in modo eccessivo la conduttività scende drasticamente, limitando seriamente l'uscita di potenza della cella. D'altro canto, un'umidità eccessiva può causare danni meccanici alla membrana, causando l'aumento della resistenza elettrica e la riduzione della tensione.

La tecnologia di Vaisala ha partecipato fin dall'inizio, nei primi anni novanta, allo sviluppo delle celle a combustibile a idrogeno. Le principali aziende automobilistiche e navali utilizzano la tecnologia HUMICAP® di Vaisala nei processi di sviluppo delle celle a combustibile. I sensori di umidità Vaisala vengono anche ampiamente utilizzati nel VTT Technical Research Centre finlandese in progetti di ricerca correlati all'idrogeno. Gli esperti del VTT stanno svolgendo ricerche sulle tecnologie delle celle a combustibile sia a bassa (PEM) sia ad alta temperatura (ossido solido). Gli strumenti di Vaisala, installati prima e dopo le pile di celle a combustibile, hanno la funzione di monitorare e controllare l'umidità del gas di processo. Gli strumenti Vaisala vengono anche utilizzati per misurare i livelli di umidità dell'aria ambiente nell'ambito della produzione e della purificazione dell'idrogeno. 

Per saperne di più sugli strumenti progettati per condizioni di umidità elevata e partecipare alla serie di webinar Fuel Cell Humidity Lab per ulteriori approfondimenti, visita vaisala.com/fuelcell.
 

Misurazione di CO2 e umidità nelle applicazioni CCUS

La tecnologia CCUS avrà un ruolo essenziale nella corsa verso la neutralità carbonica a livello globale. In alcuni settori, dove è difficile ridurre le emissioni di gas serra (GHG), la tecnologia CCUS può rappresentare l'unica strada verso la decarbonizzazione e un elemento imprescindibile nei settori ad alta intensità energetica ancora legati ai combustibili fossili.

La misurazione continua online della concentrazione di CO2 nei flussi di gas in entrata e in uscita rende possibile il monitoraggio delle prestazioni in tempo reale e l'ottimizzazione dei processi negli impianti che catturano la CO2. La misurazione accurata di CO2 e umidità è anche fondamentale nella ricerca e sviluppo di nuove tecnologie di cattura, in quanto offrono dati preziosi sulla cinetica e sulle prestazioni dei processi.

Le tecnologie Vaisala vengono applicate alla cattura della CO2 da fonti puntuali presso l'impianto di termovalorizzazione di CopenHill di Amager, Danimarca. Ogni anno l'impianto converte 560.000 tonnellate di rifiuti in elettricità, calore e ceneri. Il processo di cattura del carbonio si affida alla sonda multigas MGP261 di Vaisala per la misurazione dell'umidità e della concentrazione di CO2 catturata. La CO2 catturata può essere utilizzata con l'idrogeno per produrre carburanti e prodotti chimici sostenibili. Per maggiori informazioni, visita vaisala.com/CCUS.
 

Misurazione di CO2, metano e umidità nelle applicazioni SOEC

L'elettrolisi a ossidi solidi (SOEC) viene utilizzata per produrre idrogeno e metano da CO2, acqua ed elettricità. Sebbene la tecnologia sia ancora in fase pilota, si prevede che rivestirà un ruolo importante in Giappone nella transizione al 90% di gas rinnovabile entro il 2050.

La CO2 utilizzata può essere catturata dalle emissioni industriali, direttamente dall'atmosfera, o dai processi impiegati per trasformare il biogas in biometano. In genere, il processo SOEC utilizza energia rinnovabile e non richiede metalli preziosi o sostanze rare, il che ne riduce l'impatto ambientale.

La misurazione accurata della CO2 nei processi di cattura del carbonio contribuisce a ottimizzare l'efficienza del processo SOEC e a minimizzare le emissioni di GHG. Considerando le normative sempre più rigorose, la sua importanza aumenta costantemente.

La sonda multigas MGP261 di Vaisala per metano, anidride carbonica e umidità viene utilizzata nei processi di coelettrolisi SOEC per misurare in tempo reale le materie prime (CO2, umidità) e i prodotti (metano) con l'obiettivo di migliorare l'efficienza e ottimizzare il processo. Per saperne di più sullo strumento, visita vaisala.com/MGP261.
 

Le misurazioni industriali sono al centro della transizione verde

La produzione di energia rinnovabile e pulita è al centro di ogni percorso di decarbonizzazione industriale e transizione verde e le tecnologie e i processi innovativi alla base della transizione richiedono misurazioni affidabili. La tecnologia Vaisala contribuisce ad accelerare la decarbonizzazione con strumenti affidabili e stabili in grado di misurare in tempo reale umidità, anidride carbonica e metano. Con noi l'economia dell'idrogeno farà passi avanti per un vero cambiamento sostenibile.