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Lo sviluppo tecnologico dell'idrogeno, ricerca e applicazioni.
Le iniziative nazionali per lo sviluppo tecnologico del settore idrogeno e potenzialità in termini di ricerca
Viviana Cigolotti - ENEA
Sommario
La crescita dell'idrogeno è senza precedenti, con più politiche e piani da parte del governo e delle aziende in tutte le parti del mondo. La domanda di combustibili derivati dall'idrogeno aumenterà nei trasporti e nell'industria.
L'idrogeno può essere uno degli strumenti chiave per raggiungere gli obiettivi del Green Deal europeo.
Il pacchetto di ripresa economica dell'UE da 750 miliardi di euro mette in evidenza "la realizzazione di progetti di energia rinnovabile, in particolare energia eolica, energia solare e l'avvio di un'economia pulita dell'idrogeno in Europa".
Strategia dell'UE per l'idrogeno:
- 2020-2024: sostenere l'installazione di almeno 6 GW di elettrolizzatori nell'UE e la produzione fino a 1 milione di tonnellate di idrogeno rinnovabile;
- 2025-2030: installazione di >40 GW di elettrolizzatori, produzione fino a 10 milioni di tonnellate di idrogeno rinnovabile nell'UE;
- Dal 2030 in poi, distribuire l'idrogeno su larga scala in tutti i settori difficili da decarbonizzare.
Ricerca sull'idrogeno:
- Biologia:
o Batteri;
o Alghe
o Fermentazione;
o Fotolisi.
- Elettrochimica:
o Fuel cells;
o Elettrolisi.
- Elettrotecnica:
o Gestione potenza;
o Interfaccia rete.
- Segnali e processi:
o Probabilistica;
o Previsione;
o Scenari.
- Policy;
- Ing. Sistemi:
o Integrazione;
o Normativa;
o Mercato.
- Meccanica:
o Compressione;
o Fabbricazione, upscaling.
- Fisica materiali:
o Idruri;
o Catalisi;
o Ossidazione;
o Impedenza;
o Riciclo;
o Durabilità.
- Termofluidodinamica:
o Combustione;
o Liquefazione;
o Convezione.
- Chimica:
o Sintesi, carriers;
o Reforming.
Ricerca sull'idrogeno in Italia
Come l'Europa anche l'Italia si è movimentata:
- Il finanziamento totale da parte della JU FCH nel periodo di riferimento 2008-2020 è di 107 M?. Sono oltre 160 progetti attivati;
- Sono stati sostenuti 120 beneficiari;
- 321 le partecipazioni.
Con oltre 30 "valli dell'idrogeno" ora attive e operative, l'Europa sta imparando lezioni preziose che possono informare gli sforzi globali per utilizzare l'idrogeno come fonte di energia, secondo un nuovo rapporto.
Le attività di ricerca e sviluppo sull'idrogeno sono attualmente finanziate a livello nazionale nell'ambito del Fondo per la ricerca sul sistema elettrico (2019-2021) finanziato da una componente della tariffa elettrica attraverso il Ministero dello Sviluppo Economico, focalizzata principalmente sulla tecnologia Power-to-Gas per lo stoccaggio delle eccedenze energia prodotta da FER non programmabili in combustibili liquidi e gassosi;
I programmi nazionali stanno attualmente finanziando 5 progetti per un valore di 8,5 M di Euro;
C'è anche molta ricerca e sviluppo interno nelle università, che vanno dai materiali innovativi a nuove architetture di celle a combustibile ad algoritmi di monitoraggio e diagnostica e integrazione di sistemi.
Ricerca sull'idrogeno, i progetti di ENEA
1. Conoscenza dell'ecosistema degli standard per l'implementazione dell'idrogeno su un passeggero di una nave: Il progetto e-SHyIPS integra attività di ricerca teorica prenormativa sugli standard con simulazione ed esperimenti di laboratorio, fornisce le conoscenze necessarie per progettare, un processo di certificazione appropriato e future attività di standardizzazione per migliorare il Panorama normativo e regolamentare dell'UE;
2. Prima applicazione di idrogenotecnologie nella movimentazione portuale: H2Ports mira a dare impulso alla transizione dell'industria portuale europea verso un efficace e sicuro modello operativo (a basse emissioni di carbonio / zero - emissioni) a dimostrazione della nuova tecnologia delle celle a combustione.
Ricerca sull'Idrogeno - ENEA H2 demo Valley
Hydrogen Valleys Hydrogen demo Valley mira a replicare un sistema completamente integrato che combina produzione rinnovabile, stoccaggio, miscelazione, distribuzione, calore, energia e mobilità in un ambiente completamente monitorato e su scala pertinente. Per test, dimostrazione di soluzioni industriali e servizi personale ENEA.
I flussi di lavoro dell'idrogeno in Italia
1. Produzione idrogeno: Tracciabilità e GO, sistemi per la produzione di h2, settore accoppiamento, incentivi al verde h2;
2. Logistica e distribuzione: revisione del quadro giuridico, partecipazione ai gruppi di lavoro Rc&S, ampliare le opportunità applicative, dottrine giuridiche armonizzate per porti e aeroporti;
3. Stoccaggio di idrogeno: soluzioni di stoccaggio nella catena di produzione, quadro normativo, schemi di supporto (incentivi, tassazione), accettazione sociale;
4. Mobilità: infrastruttura nazionale (HRS), riduzione dei costi h2, quadro giuridico, standardizzazione, appalti pubblici compresi i FCEV, regolamenti per nuovi prodotti;
5. Industriale, commerciale, residenziale: sostegno a grandi progetti h2 in industria, GO e certificazione, aggiornamento dello standard tecnico, procedure di autorizzazioni facilitate;
6. Settore energia: Sistema P2P interfacciato con reti elettriche nazionali, incentivazione schemi, iniezione di h2 verde o low carbon nella rete del Gas, consentono una più ampia penetrazione di rinnovabili con conversione incentivata del surplus in h2.
Il pacchetto di ripresa economica dell'UE da 750 miliardi di euro mette in evidenza "la realizzazione di progetti di energia rinnovabile, in particolare energia eolica, energia solare e l'avvio di un'economia pulita dell'idrogeno in Europa".
Strategia dell'UE per l'idrogeno:
- 2020-2024: sostenere l'installazione di almeno 6 GW di elettrolizzatori nell'UE e la produzione fino a 1 milione di tonnellate di idrogeno rinnovabile;
- 2025-2030: installazione di >40 GW di elettrolizzatori, produzione fino a 10 milioni di tonnellate di idrogeno rinnovabile nell'UE;
- Dal 2030 in poi, distribuire l'idrogeno su larga scala in tutti i settori difficili da decarbonizzare.
Ricerca sull'idrogeno:
- Biologia:
o Batteri;
o Alghe
o Fermentazione;
o Fotolisi.
- Elettrochimica:
o Fuel cells;
o Elettrolisi.
- Elettrotecnica:
o Gestione potenza;
o Interfaccia rete.
- Segnali e processi:
o Probabilistica;
o Previsione;
o Scenari.
- Policy;
- Ing. Sistemi:
o Integrazione;
o Normativa;
o Mercato.
- Meccanica:
o Compressione;
o Fabbricazione, upscaling.
- Fisica materiali:
o Idruri;
o Catalisi;
o Ossidazione;
o Impedenza;
o Riciclo;
o Durabilità.
- Termofluidodinamica:
o Combustione;
o Liquefazione;
o Convezione.
- Chimica:
o Sintesi, carriers;
o Reforming.
Ricerca sull'idrogeno in Italia
Come l'Europa anche l'Italia si è movimentata:
- Il finanziamento totale da parte della JU FCH nel periodo di riferimento 2008-2020 è di 107 M?. Sono oltre 160 progetti attivati;
- Sono stati sostenuti 120 beneficiari;
- 321 le partecipazioni.
Con oltre 30 "valli dell'idrogeno" ora attive e operative, l'Europa sta imparando lezioni preziose che possono informare gli sforzi globali per utilizzare l'idrogeno come fonte di energia, secondo un nuovo rapporto.
Le attività di ricerca e sviluppo sull'idrogeno sono attualmente finanziate a livello nazionale nell'ambito del Fondo per la ricerca sul sistema elettrico (2019-2021) finanziato da una componente della tariffa elettrica attraverso il Ministero dello Sviluppo Economico, focalizzata principalmente sulla tecnologia Power-to-Gas per lo stoccaggio delle eccedenze energia prodotta da FER non programmabili in combustibili liquidi e gassosi;
I programmi nazionali stanno attualmente finanziando 5 progetti per un valore di 8,5 M di Euro;
C'è anche molta ricerca e sviluppo interno nelle università, che vanno dai materiali innovativi a nuove architetture di celle a combustibile ad algoritmi di monitoraggio e diagnostica e integrazione di sistemi.
Ricerca sull'idrogeno, i progetti di ENEA
1. Conoscenza dell'ecosistema degli standard per l'implementazione dell'idrogeno su un passeggero di una nave: Il progetto e-SHyIPS integra attività di ricerca teorica prenormativa sugli standard con simulazione ed esperimenti di laboratorio, fornisce le conoscenze necessarie per progettare, un processo di certificazione appropriato e future attività di standardizzazione per migliorare il Panorama normativo e regolamentare dell'UE;
2. Prima applicazione di idrogenotecnologie nella movimentazione portuale: H2Ports mira a dare impulso alla transizione dell'industria portuale europea verso un efficace e sicuro modello operativo (a basse emissioni di carbonio / zero - emissioni) a dimostrazione della nuova tecnologia delle celle a combustione.
Ricerca sull'Idrogeno - ENEA H2 demo Valley
Hydrogen Valleys Hydrogen demo Valley mira a replicare un sistema completamente integrato che combina produzione rinnovabile, stoccaggio, miscelazione, distribuzione, calore, energia e mobilità in un ambiente completamente monitorato e su scala pertinente. Per test, dimostrazione di soluzioni industriali e servizi personale ENEA.
I flussi di lavoro dell'idrogeno in Italia
1. Produzione idrogeno: Tracciabilità e GO, sistemi per la produzione di h2, settore accoppiamento, incentivi al verde h2;
2. Logistica e distribuzione: revisione del quadro giuridico, partecipazione ai gruppi di lavoro Rc&S, ampliare le opportunità applicative, dottrine giuridiche armonizzate per porti e aeroporti;
3. Stoccaggio di idrogeno: soluzioni di stoccaggio nella catena di produzione, quadro normativo, schemi di supporto (incentivi, tassazione), accettazione sociale;
4. Mobilità: infrastruttura nazionale (HRS), riduzione dei costi h2, quadro giuridico, standardizzazione, appalti pubblici compresi i FCEV, regolamenti per nuovi prodotti;
5. Industriale, commerciale, residenziale: sostegno a grandi progetti h2 in industria, GO e certificazione, aggiornamento dello standard tecnico, procedure di autorizzazioni facilitate;
6. Settore energia: Sistema P2P interfacciato con reti elettriche nazionali, incentivazione schemi, iniezione di h2 verde o low carbon nella rete del Gas, consentono una più ampia penetrazione di rinnovabili con conversione incentivata del surplus in h2.
Video
La ricerca sull'idrogeno in Italia: tendenze e prospettive
Ricerca sull'idrogeno in Italia - Ricerca e sviluppo
- Principi di base osservati e riportati: Il più basso livello di preparazione tecnologica. La ricerca scientifica inizia a tradursi in ricerca applicata e sviluppo (R&D). Esempi potrebbero includere studi cartacei sulle proprietà di base di una tecnologia;
- Concetto tecnologico e/o applicazione formulata: Una volta osservati i principi di base, è possibile inventare applicazioni pratiche. Le applicazioni sono speculative e potrebbero non esserci prove o analisi dettagliate a supporto delle ipotesi. Gli esempi sono limitati agli studi analitici;
- Funzione critica analitica e sperimentale e/o prova caratteristica del concetto: Sono inclusi studi analitici e studi di laboratorio per convalidare fisicamente le previsioni analitiche di elementi separati della tecnologia. Gli esempi includono componenti non ancora integrati o rappresentativi;
- Convalida di componenti e/o breadboard in ambiente di laboratorio: Le componenti tecnologiche di base sono integrate per stabilire se funzioneranno insieme. Esempi includono l'integrazione di hardware "ad hoc" in laboratorio;
- Convalida di componenti e/o breadboard in un ambiente pertinente: componenti tecnologici di base sono integrati con elementi di supporto ragionevolmente realistici in modo che possano essere testati in un ambiente simulato. Esempi includono l'integrazione di laboratorio ad "alta fedeltà" dei componenti;
- Modello di sistema/sottosistema o dimostrazione di prototipi in un ambiente pertinente: Il modello rappresentativo o il sistema prototipo viene testato in un ambiente pertinente. Esempi includono il test di un prototipo in un ambiente di laboratorio ad alta fedeltà o in un ambiente operativo simulato;
- Dimostrazione del prototipo di sistema in un ambiente operativo: richiede la dimostrazione di un prototipo di sistema effettivo in un ambiente operativo (ad esempio, in un aereo, in un veicolo o nello spazio);
- Sistema effettivo completato e qualificato attraverso test e dimostrazioni: La tecnologia ha dimostrato di funzionare nella sua forma finale e in condizioni previste. In quasi tutti i casi, questa fase rappresenta la fine del vero sviluppo del sistema. Esempi includono test di sviluppo e valutazione del sistema previsti per determinare se vengono soddisfatte le specifiche di progettazione;
- Sistema reale dimostrato: Effettiva applicazione della tecnologia nella sua forma finale e in condizioni di missione, come quelle incontrate nei test operativi e nella valutazione. Esempi includono l'utilizzo del sistema in condizioni di missione operativa.
La ricerca sull'idrogeno in Italia: tendenze e prospettive
- L'Italia partecipa a MISSION INNOVATION IC8: Idrogeno Rinnovabile e Pulito. Ha investito maggiormente sulla ricerca rispetto al 2018;
- L'Italia sostiene un primo IPCEI - Importante Progetto di Comune Interesse Europeo su H2;
- Italian Recovery and Resilience Fund stanzia 3,6 G di Euro per la Catena del valore nel secondo semestre;
- Gli attori italiani occupano un posto di rilievo nel Clean Hydrogen for Europe P-P Partnership. È stato previsto un finanziamento di oltre 1 G di Euro da qui al 2027;
- Presenza di Stakeholder italiani nella EU Clean Hydrogen Alliance.
Conclusioni
La strategia ENEA sull'idrogeno prevede inoltre la realizzazione di progetti per la decarbonizzazione dell'industria, in particolare quella ad alta intensità energetica, ma anche dei trasporti pesanti su gomma e ferroviari alimentati ancora a diesel.
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Fonte: mcTER Idrogeno Web Edition giugno 2021 Idrogeno, prospettive e applicazioni di oggi e di domani
Parole chiave: Idrogeno
