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Idrogeno

Perché l’idrogeno piace così tanto all’Europa

Quante sono le reti, come verranno gestite dall’Ue e quali sono i piani di Italia, Spagna, Grecia, Germania e Francia sull’idrogeno

Sulla scia di economie net-zero, si stanno materializzando nel mondo sempre più infrastrutture per l’idrogeno nel tentativo di tagliare i consumi di petrolio e gas e convertire le infrastrutture esistenti alle nuove realtà.

QUESTIONE DI… FISICA

Al centro di questa sfida c’è però la fisica: l’idrogeno ha un’alta densità energetica gravimetrica e una bassa densità energetica volumetrica. Ciò significa che, tra le varie opzioni, i gasdotti per l’idrogeno saranno di gran lunga migliori delle navi per spostare l’idrogeno su distanze di breve e medio raggio.

LE RETI PER L’IDROGENO NEL MONDO

Oggi esistono già oltre 4.300 chilometri per il trasporto dell’idrogeno, di cui oltre il 90% in Europa e Nord America. Secondo le stime di Rystad Energy, nel mondo sono previsti circa 91 progetti di gasdotti, per un totale di 30.300 chilometri, che dovrebbero entrare in funzione entro il 2035 circa.

SEMPRE PIÙ NECESSARIE DELLE RETI

Nei casi in cui l’idrogeno sarà spedito (come idrogeno o derivati), sarà distribuito sulla terraferma tramite idrogenodotti, il che rende il trasporto tramite condutture una modalità di trasporto critica per il gas. I gasdotti per l’idrogeno sono già utilizzati per rifornire i poli industriali (ad esempio gli impianti petrolchimici). Man mano che l’offerta aumenta e si sposta da aree con energia abbondante e rinnovabile verso i centri di domanda, saranno necessarie lunghe linee di trasmissione e questi gasdotti richiederanno diametri più grandi e pressioni più elevate per garantire l’efficacia dei costi e, di conseguenza, gradi di acciaio più elevati.

EUROPA ALL’AVANGUARDIA

A livello globale, l’Europa è all’avanguardia negli sforzi per produrre e importare idrogeno verde e la sua attenzione si sta ora rivolgendo alla costruzione delle infrastrutture necessarie per portarlo ai centri di domanda. Secondo una ricerca di Rystad Energy, Spagna, Francia e Germania sono tra i Paesi che si sono impegnati o stanno prendendo in considerazione la realizzazione di gasdotti transfrontalieri per facilitare i flussi di energia, mentre il Regno Unito, con la sua estesa rete del gas, si trova in una posizione ideale per passare dal gas naturale all’idrogeno.

BERGSMARK (RYSTAD ENERGY): L’EUROPA, CON LA SUA ESTESA RETE DEL GAS, È NELLA POSIZIONE IDEALE PER FARE IL SALTO

“Il costante aumento dei progetti di gasdotti per l’idrogeno è un primo segnale che la transizione energetica sta prendendo piede. L’Europa, con la sua estesa rete del gas, è nella posizione ideale per fare il salto. Il passaggio dell’infrastruttura dal gas all’idrogeno è possibile e conveniente. Ma la barriera più grande non è finanziaria, bensì le proprietà fisiche dell’idrogeno stesso, che differiscono sostanzialmente dal petrolio e dal gas”, ha commentato Lein Mann Bergsmark, analista senior per l’idrogeno di Rystad Energy.

LA RETE EUROPEA DI IDROGENODOTTI UNIRÀ LA REGIONE

L’idrogeno è un pilastro fondamentale per la decarbonizzazione dell’UE, come stabilito nella strategia sull’idrogeno del 2020, e la sua diffusione ha ricevuto un impulso con il pacchetto “Fit for 55”. L’idrogeno svolge inoltre un ruolo centrale nel piano REPowerEU per eliminare gradualmente le importazioni di combustibili fossili russi, che mira a produrre 10 milioni di tonnellate di idrogeno rinnovabile entro il 2030 e a importare altri 10 milioni di tonnellate nello stesso arco di tempo. Considerando i progetti di idrogeno verde proposti nell’UE, siamo attualmente a 7,9 Mt di fornitura locale con avvio entro il 2030 (o solo 2,1 Mt dall’obiettivo), con una fornitura vicina pari a 1 Mt nel resto d’Europa – principalmente Regno Unito e Norvegia – e un altro 1 Mt in Medio Oriente.

Inoltre, 3,4 milioni di tonnellate di progetti proposti si trovano in Africa, che potrebbe fornire le maggiori quantità di idrogeno all’Europa – via nave o condotte. Per pianificare la distribuzione di queste quantità all’interno dell’Ue, l’iniziativa European hydrogen backbone (EHB), che riunisce 31 gestori di sistemi di trasporto del gas (TSO) europei, ha pubblicato un documento di visione per la futura infrastruttura di gasdotti per l’idrogeno. Il documento si basa su un’analisi nazionale della disponibilità di infrastrutture per il gas naturale esistenti, dei futuri sviluppi del mercato del gas naturale e dei futuri sviluppi del mercato dell’idrogeno.

L’INCREMENTO DELLE INFRASTRUTTURE

Secondo la mappa delle infrastrutture per l’idrogeno 2030 dell’EHB, nei 28 Paesi europei coinvolti è prevista una lunghezza totale di circa 28.000 km nel 2030 e di 53.000 km entro il 2040. Attualmente, gli idrogenodotti dedicati che saranno disponibili entro il 2030 ammontano a 23.365 km, pari all’83% dell’obiettivo del 2030. La diffusione degli idrogenodotti in Europa sarà graduale e l’avvio del progetto di trasmissione o distribuzione dipenderà dalla domanda.

FRANCIA, SPAGNA E GERMANIA

idrogenoL’Europa sta assumendo un ruolo di primo piano a livello globale con la progettazione di gasdotti on e offshore, sottolinea Rystad Energy. L’idrogenodotto sottomarino H2Med Barcellona-Marsiglia, annunciato di recente, dovrebbe costare circa 2,1 miliardi di dollari per un tratto di 450 km ed è stato recentemente annunciato che sarà esteso anche alla Germania. Quattro operatori di rete – la spagnola Enagas, la portoghese REN e le francesi GRT e Terega – stanno attualmente conducendo studi tecnici, potenziali tracciati di condotte e valutazioni dei costi. Il primo progetto tedesco di idrogenodotto offshore, AquaDuctus, trasporterà l’idrogeno verde dagli impianti eolici offshore nel Mare del Nord alla Germania. Il gasdotto si estende per oltre 400 km e secondo uno dei partner del progetto, RWE, è l’opzione più conveniente per il trasporto di grandi volumi di energia su distanze superiori ai 400 chilometri, rispetto al trasporto di energia da un sistema di trasmissione ad alta tensione in corrente continua (HVDC). Per questo motivo, l’opzione di trasportare l’energia a terra utilizzando cavi elettrici è esclusa.

LA GRECIA

Il gasdotto West Macedonia è un nuovo gasdotto per il gas naturale la cui costruzione è iniziata in Grecia all’inizio di quest’anno. È stato progettato per essere in grado di trasportare in sicurezza il 100% di idrogeno in una fase successiva, ad alta pressione, attraverso condotte in acciaio ad alta resistenza e di grande diametro. L’operatore greco del sistema di trasporto del gas DESFA gestirà questo gasdotto di 163 km, che fa parte dell’iniziativa EHB.

La costruzione di nuovi gasdotti dedicati all’idrogeno sarà integrata con il riutilizzo delle reti del gas esistenti. Secondo l’EHB, il 60% potrebbe essere riutilizzato entro il 2040, mentre secondo i progetti di gasdotti in corso di realizzazione, questo rappresenta attualmente il 40%.

SNAM E L’ITALIA

Ad aprile 2019, per prima in Europa, Snam ha sperimentato l’immissione di un mix di idrogeno al 5% in volume e gas naturale nella propria rete di trasmissione. La sperimentazione, che ha avuto luogo con successo a Contursi Terme, in provincia di Salerno, ha comportato la fornitura, per circa un mese, di H2NG (miscela idrogeno-gas) a due imprese industriali della zona, un pastificio e un’azienda di imbottigliamento di acque minerali. L’iniziativa ha avuto risalto a livello internazionale, con articoli e reportage dedicati da Bloomberg, Financial Times e New York Times. La sperimentazione di Contursi è stata replicata a dicembre 2019, raddoppiando la percentuale di idrogeno in volume al 10%.

Applicando la percentuale del 10% di idrogeno al totale del gas trasportato annualmente da Snam, se ne potrebbero immettere ogni anno in rete 7 miliardi di metri cubi, un quantitativo equivalente ai consumi annui di 3 milioni di famiglie e che consentirebbe di ridurre le emissioni di anidride carbonica di 5 milioni di tonnellate.Snam

LA PRIMA TURBINA IBRIDA A IDROGENO DEL MONDO NEL 2020

Nel 2020, inoltre, Snam ha testato la prima turbina “ibrida” a idrogeno al mondo progettata per un’infrastruttura di trasporto del gas naturale. La turbina, prodotta da Baker Hughes in Italia e alimentata fino al 10% a idrogeno, sarà installata entro il 2021 nell’impianto di spinta di Snam a Istrana, in provincia di Treviso.

L’azienda è oggi impegnata nella verifica della piena compatibilità delle sue infrastrutture con crescenti quantitativi di idrogeno miscelato con gas naturale, nonché nel supporto allo sviluppo della filiera italiana, per favorire l’utilizzo di idrogeno in molteplici settori, dall’industria ai trasporti. Attualmente circa il 70% dei tubi dei metanodotti di Snam sono compatibili con l’idrogeno.

I PIANI ITALIANI AL 2050

La prospettiva di Snam, al 2050, è di trasportare gas interamente decarbonizzato (non solo idrogeno ma anche biometano), contribuendo a rafforzare il ruolo dell’Italia come un hub europeo, anche nell’ottica di export di energia pulita verso il Nord Europa. Il 50% dei circa 7,4 miliardi di euro del piano industriale della società 2020-2024 sono dedicati alla sostituzione e sviluppo degli asset secondo standard compatibili anche con l’idrogeno. Per trasportare l’idrogeno può essere impiegata l’infrastruttura esistente, oggi utilizzata per il gas naturale. Esiste uno standard internazionale riconosciuto (ASME B31.12) che definisce i criteri per la compatibilità di tubazioni in acciaio nuove ed esistenti per il trasporto di idrogeno. RINA, società italiana leader nella certificazione a livello internazionale, è attualmente impegnata nella verifica della compatibilità delle linee gas esistenti per il trasporto dell’idrogeno. Snam ha inoltre adottato una nuova normativa interna per l’approvvigionamento affinché tutti i materiali dei nuovi tratti di rete siano in grado, senza aggravi di costo, di trasportare non solo gas naturale e biometano ma anche, in prospettiva e in linea con l’evoluzione del quadro regolatorio, percentuali crescenti di idrogeno fino al 100%.

Oltre a preparare la propria infrastruttura al trasporto e allo stoccaggio dell’idrogeno, Snam ha avviato delle partnership con vari operatori, nel rispetto della normativa unbundling, per mettere insieme le rispettive competenze e abilitare lo sviluppo della filiera a livello nazionale ed europeo. In primo luogo, la società sta lavorando con gli operatori ferroviari (FS Italiane e Ferrovie Nord), i fornitori di motrici (Alstom) e i fornitori di energia/utility (Eni, A2A ed Hera) per sviluppare infrastrutture di rifornimento per rendere possibile anche in Italia la mobilità ferroviaria a idrogeno.

Snam e Wolftank Hydrogen, azienda del Gruppo austriaco Wolftank-Adisa dedicata a impianti di produzione e distribuzione di idrogeno ed energie rinnovabili, hanno avviato una collaborazione finalizzata a dare impulso alla mobilità a idrogeno attraverso la realizzazione di stazioni di rifornimento per automobili, bus e camion.

Snam sta inoltre lavorando con soggetti che utilizzano la propria infrastruttura a monte e a valle per progetti e sperimentazioni finalizzati all’utilizzo dell’idrogeno per decarbonizzare alcuni processi industriali o la generazione elettrica (Tenaris ed Edison), insieme a RINA e al Gruppo GIVA, ha avviato la prima sperimentazione di utilizzo di un mix di idrogeno (al 30%) e gas naturale per la forgiatura dell’acciaio a livello globale e si sta posizionando sulle nuove tecnologie che potranno abilitare lo sviluppo dell’idrogeno (ITM Power, De Nora), in particolare gli elettrolizzatori.

I POSSIBILI OSTACOLI A UNA RETE DELL’IDROGENO

I gasdotti di nuova costruzione saranno necessari, ma potrebbero incontrare una serie di ostacoli riguardanti i movimenti del traffico, la gestione dei lavori di costruzione e la protezione dell’ambiente, soprattutto se si estendono su lunghe distanze e attraversano aree residenziali.
Ad esempio, il nuovo oleodotto HyNet North West di Cadent, lungo 125 km, nel Regno Unito, potrebbe ostacolare lo sviluppo del progetto. HyNet produrrà, immagazzinerà e distribuirà idrogeno, oltre a catturare e immagazzinare il carbonio proveniente dalle industrie del nord-ovest. Il gasdotto, che potrebbe essere il primo al 100% a idrogeno nel Regno Unito, è destinato a distribuire l’idrogeno prodotto presso lo Stanlow Manufacturing Complex a diversi clienti industriali di gas nella regione. Tuttavia, il modello normativo per i gasdotti di idrogeno nel Paese non è ancora stato concordato e il Consiglio di Warrington, una delle autorità locali sul percorso del gasdotto, ha sostenuto che avrebbe interrotto uno sviluppo abitativo locale.

LA RICONVERSIONE DEI GASDOTTI TRADIZIONALI

La riconversione dei gasdotti offre un’alternativa interessante dal punto di vista economico e può essere realizzata in tempi più rapidi rispetto alla costruzione di nuovi gasdotti, osserva Rystad Energy. L’Europa dispone di una vasta rete di gas e il suo riutilizzo per l’idrogeno, in seguito al declino del gas, darà nuova vita a un sistema che altrimenti sarebbe andato in rovina. Dopo le modifiche, i gasdotti in acciaio per il gas naturale possono ospitare il 100% di idrogeno. Tuttavia, quando l’idrogeno viene miscelato al gas, la percentuale è limitata a circa il 20% quando l’uso finale è il riscaldamento diretto o indiretto.

RIUTILIZZO DEI GASDOTTI PER IL GAS NATURALE

Secondo alcuni studi, l’utilizzo delle reti di gas naturale esistenti per il trasporto dell’idrogeno è quattro volte più conveniente rispetto alla costruzione di nuovi gasdotti. Le differenze nelle spese operative tra una rete di trasporto dell’idrogeno basata su metanodotti riutilizzati e una rete di trasporto dell’idrogeno costituita interamente da nuovi metanodotti sono limitate. Dato che il trasporto è generalmente più oneroso in termini di spese di capitale che di costi operativi, anche questo potrebbe essere un motivo per cui le differenze nel trasporto dell’idrogeno rispetto al gas naturale sono limitate.

La fattibilità del riutilizzo dei gasdotti per il gas naturale, prosegue Rystad Energy, ruota attorno al superamento dei problemi tecnici legati alla trasmissione dei gasdotti, che includono l’infragilimento da idrogeno dell’acciaio e delle saldature, la permeazione di idrogeno e le perdite. La capacità dell’idrogeno di dissociarsi sulle superfici metalliche, di dissolversi nel reticolo metallico e di modificare la risposta meccanica del metallo porta alla fatica e alla frattura assistita dall’idrogeno, un processo chiamato infragilimento da idrogeno, che rappresenta una sfida sostanziale per le condutture di gas naturale in acciaio esistenti. Le piccole molecole di idrogeno possono permeare il materiale causando perdite. Per superare le sfide del trasporto dell’idrogeno, si possono utilizzare rivestimenti, manicotti e involucri di materiali con un’adeguata resistenza all’infragilimento e alla permeazione dell’idrogeno, ma finora non sono stati testati su scala commerciale nei gasdotti di trasmissione.

LE INFRASTRUTTURE

Esiste un forte potenziale per l’utilizzo di tubi termoplastici rinforzati (RTP) nelle condotte di distribuzione dell’idrogeno, in quanto l’RTP può essere ottenuto in lunghezze notevolmente superiori a quelle dell’acciaio e il costo di installazione delle condotte in RTP è di circa il 20% inferiore a quello delle condotte in acciaio, spiega Rystad Energy. Nel Regno Unito, il 62,5% della rete di distribuzione del gas esistente è stato aggiornato con l’inserimento di polietilene nel tubo di ferro e la maggior parte di queste reti è considerata per il futuro utilizzo dell’idrogeno. A causa di problemi di sicurezza, gran parte della rete di distribuzione di tubazioni in ferro sarà gradualmente aggiornata nell’ambito del programma di sostituzione delle condutture del gas in ferro del Regno Unito e si stima che il 90% della rete di distribuzione del gas esistente utilizzerà il polietilene entro il 2032. Ciò significa che il Regno Unito si trova in una buona posizione per accelerare la distribuzione dell’idrogeno tramite condotte quando e dove sarà necessario.

LO STUDIO OPEN GRID

Tuttavia, un recente studio condotto da Open Grid Europe in collaborazione con l’Università di Stoccarda, ha concluso che gli attuali gasdotti in acciaio installati nella rete del gas tedesca sono “pronti per l’idrogeno” e possono già trasportare fino al 100% di idrogeno. È stato riscontrato che “non presentano differenze in termini di idoneità di base al trasporto di idrogeno rispetto al gas naturale”, ricorda Rystad Energy. Questo vale per tutti i tipi di acciaio utilizzati nei gasdotti in Germania e in altre parti d’Europa. Nell’ambito della ricerca, campioni dei tipi di acciaio utilizzati nelle condutture tedesche sono stati sottoposti a metodi di misurazione esaustivi che, a differenza di studi precedenti, hanno considerato variabili aggiuntive come l’influenza della pressione dell’idrogeno. Tuttavia, dai colloqui con i produttori di tubi è emerso che alcuni di loro ritengono ottimistiche le conclusioni dello studio. L’infragilimento da idrogeno può colpire i tubi a seconda delle loro proprietà metallurgiche e meccaniche e delle condizioni attuali del tubo, dopo anni di servizio. Di conseguenza, Rystad Energy prevede una maggiore variabilità in termini di idoneità delle condotte esistenti al trasporto di idrogeno. Anche se questa conclusione riguarda solo i tubi, e non la compressione, le valvole o altri componenti, nella migliore delle ipotesi, i gasdotti possono essere resi pronti per l’idrogeno con uno sforzo relativamente ridotto rispetto a quanto si pensava in precedenza.

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