Qualcosa sta accadendo con l’idrogeno verde proveniente dalle acque reflue

Il gas naturale ha esercitato per decenni uno stretto controllo sulla fornitura globale di idrogeno e le parti interessate al gas non vedono l’ora di scoprire da dove provenga. Tuttavia, l’idrogeno verde proveniente da risorse rinnovabili sta cominciando a farsi strada nel mercato. I costi sono relativamente alti ora, ma l’idrogeno verde è una nuova industria che ha spazio per promuovere economie di scala, efficienza della catena di approvvigionamento e nuove tecnologie.

La lunga strada verso l’idrogeno verde a basso costo

L’idrogeno è il grasso per gli ingranaggi delle moderne economie industriali e agricole, ma incatena anche l’attività economica al gas naturale e ad altre risorse fossili. Circa il 95% dell’idrogeno prodotto negli Stati Uniti, ad esempio, proviene dal gas naturale.

Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha fissato l’obiettivo di ridurre il costo dell’idrogeno “pulito” a 2 dollari al chilo entro il 2026 e a 1 dollaro al chilo nel 2031, che rappresenta un forte calo rispetto al livello di base del 2020 di 5 dollari al chilo (oltre a vari costi non -fonti fossili, il Dipartimento dell’Energia include il gas naturale con cattura del carbonio sotto l’ombrello “pulito”, il che incide anche sui costi).

Gli scettici si sono fatti beffe del fatto che i paletti di riduzione dei costi non siano realistici. Bloomberg NEF non è uno di questi, però NEF abbiamo analizzato i numeri lo scorso agosto e il quadro non era carino. Hanno calcolato il costo della produzione di idrogeno da risorse fossili, senza cattura del carbonio, in un intervallo compreso tra 0,98 e 2,93 dollari al kg. L’aggiunta della cattura del carbonio ha aumentato il costo a 1,8-4,7 dollari al kg, ma ciò ha comunque lasciato l’idrogeno verde nella polvere.

“E l’idrogeno verde, che viene prodotto facendo scorrere una carica elettrica nell’acqua, costa ben 4,5-12 dollari al chilo”.[gram]”, ha riferito NEF.

Tuttavia, questo è solo il qui e ora. NEF ha dato uno sguardo al prossimo futuro e ha calcolato che l’idrogeno verde avrebbe battuto l’idrogeno di origine fossile in un numero crescente di importanti mercati globali a cominciare da Brasile, Cina, India, Spagna e Svezia.

Molte strade verso l’idrogeno verde

In termini di riduzione dei costi, negli ultimi anni è emersa una svolta fondamentale per l’idrogeno verde quando il costo dell’energia eolica e solare ha iniziato a diminuire. Ciò ha avuto un impatto significativo sia sul piano economico che su quello ambientale dei sistemi di elettrolisi, che utilizzano l’elettricità per liberare l’idrogeno dall’acqua (consulta il nostro archivio dell’idrogeno qui).

L’elettrolisi dell’acqua è comparsa regolarmente sul CleanTechnica radar, anche se abbiamo preso nota anche delle celle fotoelettrochimiche, delle celle a combustibile microbiche e di altre alternative che producono idrogeno senza fare affidamento sul gas naturale.

Abbattere i costi dell’elettrolisi

L’espansione e lo sviluppo della catena di fornitura sono due leve importanti per ridurre i costi dei sistemi di elettrolisi. Entrano in gioco anche le innovazioni tecnologiche. Tenendo presente questo, diamo un’occhiata all’idea di combinare l’elettrolisi con altri sistemi per estrarre l’idrogeno da risorse rinnovabili.

Nel 2013 CleanTechnica ha preso atto di un progetto sull’idrogeno verde presso un impianto di trattamento delle acque reflue in California che ha abbinato il Lawrence Livermore National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti con la startup Chemergy per produrre idrogeno dal materiale organico presente nelle acque reflue municipali.

L’esperimento “zuppa di noci” è stato condotto in un impianto di trattamento delle acque reflue in California, supportato da celle a combustibile a idrogeno sviluppate dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti. L’obiettivo finale era utilizzare le celle a combustibile per produrre elettricità per far funzionare l’impianto di trattamento.

Invece di iniziare con l’elettrolisi, il sistema Chemergy inizia con una fase del reattore che produce gas di acido bromidrico. Il gas viene introdotto nell’acqua, producendo acido bromidrico liquido. Il liquido viene infine fatto passare attraverso un sistema di elettrolisi simile a quelli utilizzati per produrre il cloro.

Se ti stai chiedendo perché non utilizzare semplicemente acqua per l’elettrolisi, questa è una buona domanda. I legami nell’acido bromidrico sono molto più deboli di quelli nell’acqua normale, consentendo al sistema di elettrolisi di funzionare in modo più efficiente. Ciò ha attirato l’attenzione degli Halliburton Labs, che lo scorso anno hanno scelto Chemergy come una delle tre società a partecipare al suo programma di accelerazione.

Chemergy ha inoltre esteso il proprio flusso di rifiuti per includere rifiuti di plastica e altri materiali, e attualmente sta commercializzando il suo sistema proprietario a idrogeno HyBrTec su un modello di energia come servizio.

Calmare il panico della membrana di iridio

Un’altra area di interesse è la riduzione del costo delle membrane degli elettrolizzatori. L’ostacolo è l’iridio, un metallo prezioso raro preferito dall’industria degli elettrolizzatori come catalizzatore che induce reazioni per le membrane.

“L’iridio è emerso come un grande, grosso ostacolo lungo la strada verso l’idrogeno verde a basso costo. I catalizzatori all’ossido di iridio si prendono cura del lato di produzione dell’ossigeno dell’elettrolisi in un sistema elettrolizzatore a membrana elettrolitica polimerica (PEM), “ CleanTechnica notato all’inizio di questo mese.

“Nonostante i costi elevati e l’offerta limitata, le parti interessate del PEM preferiscono l’iridio per la sua efficienza energetica, stabilità e durata”, abbiamo aggiunto.

Non per molto, se tutto va secondo i piani. I ricercatori si sono concentrati sul rutenio come catalizzatore alternativo in termini di riduzione dei costi. Un team della Rice University in Texas, ad esempio, ha riportato risultati incoraggianti per un catalizzatore a base di ossido di rutenio drogato con nichel.

Un altro percorso promettente verso l’elettrolisi a basso costo è il cobalto, anche se i problemi della catena di approvvigionamento del cobalto potrebbero rappresentare un problema.

Guarda mamma, niente membrana

Ancora un’altra soluzione è stata trovata CleanTechnica radar la settimana scorsa, quando la compagnia del gas gallese Wales e West Utilities ci hanno inviato via email le loro ultime notizie.

“Wales & West Utilities sta collaborando con la società globale di idrogeno, HydroStar, per produrre prototipi innovativi di elettrolizzatori, che utilizzano acque reflue non purificate provenienti da processi o tetti per ridurre il costo e l’impatto dell’idrogeno verde”, hanno affermato. “La tecnica rimuoverà i metalli rari dal progetto e utilizzerà un elettrolita verde e non corrosivo che può essere adattato per adattarsi a tipi specifici di acque reflue.

È parecchio da digerire, per così dire. Tuttavia, la ricerca sugli elettrolizzatori senza membrana è andata avanti a ritmo sostenuto e Hydrostar è tra le aziende pronte a sfruttare la tecnologia per l’idrogeno verde.

Il piano prevede che Hydrostar produca tre tipi di elettrolizzatori senza membrana per il Galles e l’Ovest, concentrandosi sull’acqua con vari tipi di impurità, tra cui il deflusso dell’acqua piovana, il trabocco delle tempeste e le acque reflue industriali.

Hydrostar sta giocando molto attentamente per quanto riguarda la sua soluzione elettrolitica brevettata B9™, salvo notare che gli ingredienti soddisfano gli standard di sicurezza della Federal Drug Administration degli Stati Uniti e dell’Unione Europea, nonché altri standard ambientali e sanitari a livello globale.

L’azienda con sede nel Regno Unito sta già commercializzando un sistema elettrolizzatore senza membrana da 50 kilowatt, compatibile con l’energia solare, con il nome HydroSol. Le unità modulari pronte all’uso possono essere collegate formando pod da 1 megawatt, che possono essere combinati per formare array da 100 megawatt.

Nel frattempo, il progetto con Wales and West dovrebbe culminare il prossimo marzo, quindi tienilo d’occhio.

Dov’è il Congresso?

Naturalmente, nessuna storia sull’idrogeno verde sarebbe completa senza una menzione di quanto accaduto alla Camera dei Rappresentanti degli Stati Uniti, dove la maggioranza repubblicana ha finalmente ricoperto l’importantissima posizione di Presidente con la scelta del Rappresentante Mike Johnson della Louisiana.

Non a caso, al deputato Johnson viene ampiamente riconosciuto un ruolo importante nel tentativo dell’ex presidente Trump di ribaltare le elezioni del 2020, uno sforzo che ha raggiunto un momento cruciale nella violenta insurrezione del 6 gennaio 2021.

Quel tentativo di gettare una chiave inglese negli ingranaggi della democrazia si è concluso con un fallimento, ma i membri repubblicani della Camera e del Senato hanno trovato altri ostacoli nei loro sforzi per ostacolare le normali funzioni del governo sotto l’amministrazione democratica del presidente Joe Biden. In breve, hanno perso la battaglia ma non la guerra – per ora.

Come dice il proverbio, non è finita finché non è finita…

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Credito fotografico: sistema modulare per la produzione di idrogeno verde con energia solare per gentile concessione di Hydrostar.