Emerson, scalare con successo la produzione di idrogeno verde lungo l’intera catena di valore

Negli ultimi anni, l’idrogeno verde si è affermato come una delle fonti di energia pulita più promettenti a livello mondiale, svolgendo un ruolo fondamentale nel processo di decarbonizzazione.

L’incremento degli investimenti e l’interesse globale sono indubbiamente promettenti; tuttavia, sarà l’affidabilità della produzione, dello stoccaggio, del trasporto e della distribuzione dell’idrogeno verde a determinare il vero successo dell’industria.

Ma cos’è che rende così attraente l’idrogeno verde come fonte di energia rinnovabile?

Numerosi governi di paesi in tutto il mondo hanno elaborato politiche, programmi e iniziative per promuovere la produzione e l’utilizzo dell’idrogeno verde, ponendosi obiettivi davvero ambiziosi.

Cina, Giappone e Corea, ad esempio, mirano ad avere sulle proprie strade oltre un milione di veicoli alimentati a idrogeno entro il 2030.

Il Canada, invece, ha sviluppato una strategia sull’idrogeno con l’obiettivo di raggiungere il net-zero entro il 2050. Ad oggi il Paese è già diventato sede del più grande impianto di idrogeno verde del mondo.

Anche se i progetti sono in corso, la maggior parte delle infrastrutture e dei processi richiesti per sostenere il passaggio all’idrogeno verde devono tuttora essere realizzati, e l’espansione rappresenta una sfida.

Le soluzioni tecnologiche e la trasformazione digitale, già sperimentate in applicazioni e settori affini, compresa l’industria dell’idrogeno, possono contribuire a superare numerose sfide che le imprese incontrano attualmente lungo l’intera catena del valore.

Su Hydrogen-news.it, l’Ingegner Alessandro Fiorello, Specialista di Segmento in Italia per il mercato Alternative Energy & Fuel presso Emerson Discrete Automation, descrive le soluzioni e i processi fondamentali che caratterizzano l’intera filiera del valore dell’idrogeno verde.

Buona lettura!

Produzione

Il processo di produzione dell’idrogeno utilizzando acqua ed elettricità è chiamato elettrolisi. L’elettricità scompone l’acqua nei suoi elementi di base, idrogeno e ossigeno, all’interno di un’unità chiamata elettrolizzatore.

Le dimensioni di questi elettrolizzatori possono variare da piccoli dispositivi a impianti di produzione centralizzati su larga scala.

Per esempio, gli elettrolizzatori montati su skid possono essere collocati all’esterno delle fabbriche per sostituire i servizi elettrici pubblici, oppure possono essere utilizzati per alimentare intere comunità.

Combinando celle e stack elettrolitici, la produzione di idrogeno verde può essere scalata in base alle esigenze dell’applicazione.

Tuttavia, tra i grandi vantaggi dell’energia pulita e scalabile si nascondono alcune sfide.

Sono attualmente in corso attività di ricerca e sviluppo per aumentare l’efficienza complessiva del sistema di elettrolizzatori, nonché la durata operativa del singolo elettrolizzatore, la potenza e la dimensione dello stack.

Leggi anche: Emerson aiuta ad accelerare la produzione di idrogeno verde.

Questi miglioramenti ridurranno i costi dei materiali e porteranno a sistemi più flessibili, adatti ad alimentazioni non costanti.

A causa della grande scalabilità degli elettrolizzatori, i produttori devono considerare come accedere ai componenti necessari per soddisfarne l’intera gamma. La natura dell’idrogeno aggiunge ancora più complessità.

È l’elemento più piccolo e leggero esistente e, se gestito male, le conseguenze possono essere disastrose.

I componenti dell’elettrolizzatore devono essere affidabili e costruiti per ambienti pericolosi, in modo da garantire la sicurezza di persone e proprietà.

Lavorare con un fornitore di tecnologia che dispone di un ampio portfolio appositamente progettato per le applicazioni con l’idrogeno può semplificare la catena di fornitura, risparmiando tempo e denaro.

E, in molti casi, può essere molto più semplice lavorare con un fornitore che ha un portfolio completo, soprattutto quando le aziende ampliano la propria produzione.

Ciò consente ai fabbricanti e ai produttori di apparecchiature di concentrarsi sullo sviluppo e sulla fornitura dei propri prodotti.

È particolarmente importante lavorare con un fornitore esperto, dotato di un’ampia gamma di apparecchiature elettriche, di misurazione e di controllo progettate specificamente per migliorare l’affidabilità e la sicurezza nelle aree pericolose degli elettrolizzatori.

Oltre a valvole, sistemi valvole, flussimetri, regolatori e trasmettitori di pressione, dovrebbero anche disporre di tecnologie intelligenti, come soluzioni scalabili di controllo dei processi e di sicurezza, in grado di ridurre la complessità operativa e i rischi e di migliorare le prestazioni degli impianti di idrogeno verde, dagli elettrolizzatori fino ai sistemi di Balance of Plant (BoP), fornendo al contempo funzionalità del sistema di sicurezza in tutto il sito.

Anche un sistema di controllo e sicurezza integrato (ICSS) è uno strumento fondamentale per garantire una sequenza di avvio/arresto ottimizzata.

Conversione, stoccaggio e trasporto

Prima che l’idrogeno possa essere utilizzato per produrre energia, deve essere convertito, immagazzinato o trasportato.

Con richieste di pressioni fino a 15.000 psi, l’idrogeno deve essere controllato in modo efficace, efficiente e sicuro.

Non possono esserci perdite interne o esterne dovute a problemi di integrità delle guarnizioni statiche o dinamiche.

Anche alcuni metalli possono essere influenzati negativamente dall’esposizione prolungata all’H2, un processo chiamato infragilimento da idrogeno. Esistono inoltre normative e valutazioni dei rischi da rispettare.

Lavorare con l’idrogeno richiede un controllo serio e affidabile per garantire che i sistemi funzionino in sicurezza.

Le aziende devono essere certe di non avere perdite nei loro sistemi e devono sapere quanto idrogeno passa attraverso i punti di trasmissione/trasferimento.

È quindi essenziale integrare nei sistemi componenti che monitorino e misurino in modo affidabile l’idrogeno.

Ogni sistema comprende alcuni elementi di controllo finale (FCE), come valvole di shut-off e valvole di regolazione, regolatori ad alta pressione, attuatori pneumatici ed elettrovalvole.

Affidabilità, elevati controlli di qualità e circuiti di sicurezza garantiscono la precisione necessaria per mantenere l’appropriata pressione e portata per preservare la purezza dell’idrogeno, con la possibilità di monitoraggio da remoto.

È possibile integrare una serie di sensori per monitorare pressione, temperature e portate. Grazie all’impiego di sistemi smart, è possibile raccogliere dati per migliorare la produttività e garantire rendimenti operativi elevati

Per questi motivi è importante affidarsi ad un fornitore con un portfolio completo.

Ma la cosa ancora più importante è lavorare con partner che abbiano una vasta esperienza e competenza nel campo dell’idrogeno e una grande familiarità con le normative e le certificazioni.

Partner del genere conoscono l’ecosistema dell’intero impianto e dispongono delle apparecchiature di sicurezza e di controllo necessarie per monitorare, misurare e controllare l’idrogeno in modo efficace ed efficiente.

E’ inoltre necessario avere sufficiente flessibilità per affrontare una vasta gamma di progetti ed applicazioni.

Mobilità

Un elemento chiave della transizione ai veicoli alimentati a idrogeno è la cella a combustibile. I sistemi di alimentazione a celle a combustibile possono essere utilizzati per alimentare autovetture, veicoli commerciali e altro ancora.

Esattamente come i produttori di elettrolizzatori, anche i produttori di celle a combustibile possono trarre vantaggio da un fornitore forte ed esperto con un ampio portfolio.

Per le celle a combustibile, il portfolio dovrebbe includere controllo di portata ad alta affidabilità, regolatori di pressione, scatole di giunzione di sicurezza e pressacavi a prova di fiamma.

I progetti dovrebbero essere compatti e leggeri per consentire ai produttori di creare sistemi ad alta potenza e celle durevoli nel tempo.

I produttori possono ridurre il rischio di guasti del sistema di celle a combustibile con soluzioni che forniscono una regolazione stabile della pressione, una distribuzione sicura e un collegamento tra condotte e apparecchiature.

Una volta che i veicoli alimentati a idrogeno popoleranno le strade, gli automobilisti dovranno naturalmente fare rifornimento.

Man mano che le stazioni di rifornimento passano all’idrogeno verde, devono affrontare diverse sfide, tra cui sostenibilità, sicurezza e manutenzione.

Innanzitutto, devono monitorare accuratamente il flusso di idrogeno per garantire ai clienti l’erogazione della giusta quantità di carburante, ogni volta, in modo rapido e sicuro.

Devono poi mantenere accuratamente le condizioni delle stazioni di rifornimento e dei loro componenti critici per garantire in qualsiasi momento la disponibilità per gli utenti, indipendentemente dal fatto che siano situate in aree urbane o isolate.

Le apparecchiature delle stazioni di rifornimento possono sfruttare la trasformazione digitale per risolvere alcune di queste sfide critiche.

Partendo dal livello dei dispositivi, la tecnologia dei sensori intelligenti e i dati che fornisce possono gettare le basi su cui costruire la trasformazione digitale.

Su questa base, l’utilizzo di un PLC con funzionalità gateway edge integrate può fornire un controllo completo e trasformare i dati aggregati in informazioni/analisi in tempo reale del processo di erogazione del carburante o delle condizioni del sistema stesso.

Il potere della trasformazione digitale può essere ampliato notevolmente, partendo da una sola stazione di rifornimento fino a raggiungere una vasta rete di stazioni, dove le informazioni possono essere aggregate per contribuire a ottimizzare l’intera rete.

L’erogazione sicura di volumi di carburante accurati alle portate più elevate, oltre a ridurre la probabilità di perdite e a monitorare le condizioni della stazione di rifornimento, garantisce un funzionamento robusto e una resa ottimale.

Il PLC, combinato con un gateway edge, può anche eseguire analisi e visualizzare i dati diagnostici e di processo, fornirli localmente all’operatore della stazione di rifornimento e in remoto al fornitore di idrogeno, semplificando la logistica della catena di approvvigionamento.

Avere accesso remoto ai tassi di riempimento e alle informazioni sulla manutenzione preventiva dà ai fornitori di idrogeno la possibilità di riempire i serbatoi solo quando necessario e di fornire manutenzione solo quando è richiesta.

Dai serbatoi di stoccaggio ai rimorchi tubolari fino agli erogatori, i sistemi delle stazioni di rifornimento devono anche essere sicuri e di facile manutenzione, oltre a soddisfare i più elevati standard normativi e prestazionali.

E come abbiamo visto lungo la filiera dell’idrogeno, è necessario prendere in considerazione la natura esplosiva dell’idrogeno.

Per proteggere in modo affidabile il personale, i clienti e le proprietà, i sistemi di rilevamento delle perdite di gas a ultrasuoni monitorano continuamente le stazioni di rifornimento alla ricerca di ultrasuoni generati dal rilascio di gas pressurizzato.

I trasmettitori di pressione, concepiti per la misurazione ad alta pressione e i flussimetri, progettati specificatamente per le applicazioni di erogazione di idrogeno, possono misurare con precisione la pressione e il flusso di gas.

Il collegamento di questi importanti dispositivi, che monitorano i parametri critici con un gateway di livello superiore, può essere utilizzato per fornire avvisi e segnalazioni in tempo reale al personale, in sede o da remoto, aumentando significativamente la sicurezza.

Il primo passo verso il successo sostenibile

Costruire le infrastrutture e i processi necessari per la transizione all’idrogeno verde richiede un partner in grado di supportare le aziende in ogni fase del loro sviluppo.

Adottare un approccio scalabile ridurrà i rischi e consentirà di compiere notevoli progressi.

Poiché l’idrogeno verde è ancora un business relativamente nuovo, le aziende devono fare affidamento su partner con ampie conoscenze e competenze nel settore, dalla produzione e stoccaggio alla conversione, trasporto e mobilità.

Questi partner esperti hanno già familiarità con le normative e le certificazioni necessarie e su come cambiano a seconda della regione.

E probabilmente hanno già una presenza fisica per produrre vicino ai clienti e ai loro mercati.

Emerson, ad esempio, è stata coinvolta nel settore dell’idrogeno sin dagli esordi.

Da allora, abbiamo sviluppato in tutto il mondo capacità avanzate nell’intera filiera del rifornimento di idrogeno.

E siamo molto entusiasti di fornire soluzioni innovative per altre nuove sfide che questa frontiera in espansione continuerà a presentare.

Il momento giusto è ora

L’idrogeno verde è eccezionalmente pulito ed efficiente, ma come abbiamo visto, costruire l’infrastruttura, controllare il gas e renderlo disponibile per il consumo richiede competenza.

Le aziende hanno maggiori possibilità di successo se collaborano con uno specialista che ha già una forte presenza ed esperienza, possiede una profonda conoscenza del settore e delle normative e può fornire le soluzioni necessarie.

Questa partnership strategica darà loro una posizione forte e un vantaggio competitivo duraturo nel trasformare in realtà il promettente futuro dell’idrogeno verde.

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