Idrogeno da fonti energetiche rinnovabili, non solo un combustibile. Istituto di Tecnologie Avanzate per l Energia Nicola Giordano (CNR-ITAE)

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1 Idrogeno da fonti energetiche rinnovabili, non solo un combustibile. Gaetano Squadrito Istituto di Tecnologie Avanzate per l Energia Nicola Giordano (CNR-ITAE) Disclaimer: The opinions expressed in this presentation are those of the author and do not represent the official views of CNR or CNR-ITAE.

2 Istituto di Tecnologie Avanzate per l Energia Nicola Giordano, CNR-ITAE SISTE Studio degli impatti socio-economici delle tecnologie energetiche (Obiettivo: approccio multidisciplinare alle questioni socio-economiche legate all introduzione di nuove tecnologie energetiche) Team attuale. Agatino NICITA (Policy and socio economic science); Gaetano MAGGIO (Modeling and statistics) Gaetano CACCIOLA (Energy appliance) Antonio ANDALORO (Legislation) Gaetano SQUADRITO (Energy systems and Normation)

3 Sommario: o Il contesto di riferimento o Ipotesi di lavoro o Una semplice simulazione.

4 Perché ancora oggi dopo oltre 40 anni di ricerche ci sono tante difficoltà a far partire un economia dell idrogeno su larga scala? Risposte usuali Il prezzo dell idrogeno è ancora troppo alto Le tecnologie dell idrogeno e delle celle a combustibile non hanno rispettato le aspettative Il sistema di distribuzione è troppo costoso, la comunità deve assumersi il carico di questi massicci investimenti Sento sempre le stesse risposte dal 1995, quando ho avviato i miei studi sulle celle a combustibile. Devo comprendere meglio gli aspetti socio economici dell idrogeno e dell energia da fonti rinnovabili.

5 Il settore energetico deve fronteggiare 2 grandi problemi Crescita della domanda di energia Necessità di ridurre l impatto ambientale La risposta accreditata è la crescita sostenibile : aumentare la disponibilità di energia utile riducendo l impatto ambientale ad essa correlato.

6 WORLD ENERGY & ELECTRICITY DEMAND (Estracted from IEA, World Energy Outlook 2016) ENERGY DEMAND ELECTRICITY DEMAND % + 70% WORLD RENEWABLE SOURCES SHARE % Middle East India China Africa Southeast Asia % 58%

7 GLOBAL INVESTMENT IN RENEWABLE POWER 2004 $47 BILLION 2016 $242 BILLION Source: Global Trends In Renewable Energy Investment Frankfurt School-UNEP Collaborating Centre/Bloomberg New Energy Finance.

8 Obiettivo 100% elettricità da rinnovabile (52 MWh) nel 2050, è possibile? L elettricità va usata appena generata, è quasi impossibile accumularla in grandi quantità. La generazione da rinnovabili è largamente dipendente dal meteo e dalle stagioni. La vita moderna non segue I cicli naturali. Risultato: o La penetrazione delle rinnovabili rende instabile la rete elettrica o Coincidenza limitata tra domanda e disponibilità Tendenza attuale : accumuliamo energia elettrica trasformandola in varie forme per poi rigenerarla su richiesta

9 Idrogeno???, Guardiamo alla letteratura. L idrogeno viene visto come un modo per accumulare energia rinnovabile. La sua produzione da elettrolisi usando energia elettrica da fonti rinnovabili (eolico, solare, geotermico e idroelettrico) è sicuramente l approccio a minor impatto ambientale Lo sviluppo della domanda di idrogeno è sempre correlata allo sviluppo delle celle a combustibile e all evoluzione dei trasporti. Non si prevedono cambiamenti significativi nell andamento dei mercati considerati Domanda Idrogeno legata principalmente a celle a combustibile e accumulo energia. L idrogeno da elettrolisi comincia ad essere più attraente di quello da fonti fossili, soprattutto considerando i vantaggi ambientali. Si comincia a evidenziare che l idrogeno ha applicazioni diverse da quelle energetiche.

10 Idrogeno per usi industriali: produzione e applicazione Secondo IRENA la richiesta di idrogeno da parte delle industrie subirà un forte aumento,. Produzione Current Worldwide H 2 Production: 50Mt/year. Utilizzo Source: A. Cornell, Hydrogen production by electrolysis. 1 st Conference on Electrolysis, Copenhagen, June 12-15, International Source: IEA ENERGY Technology Roadmap Hydrogen and Fuel Cells; IEA ETP Oggi l elettrolisi copre solo il 4% della produzione di idrogeno, e nel 2050 è atteso che copra il 22% della produzione. Perché??

11 I costi stimati di produzione e distribuzione da elettrolisi sono molto variabili /kg I costi vengono sempre paragonati ai costi di produzione da steam reforming del metano (normalmente, <3 /kg), e con i target fissati da USA- DOE (2-4 /kg)per essere competitivi con la benzina. Source: J.-J. Hwang, Renewable and Sustainable Energy Reviews 19 (2013) Nella comparazione dei prezzi si tiene conto delle accise e tasse su benzina e diesel, ma nessuno considera gli incentivi erogati per l esplorazione e l estrazione di gas naturale e petrolio. Anche se alcune roadmap indicano l idrogeno come potenziale cross market actor, di solito i possibili mercati vengono analizzati singolarmente e senza valutare la loro reazione e gli effetti trasversali. Tutti I costi di elettrolisi vengono caricati sul prezzo dell Idrogeno, e l ossigeno?? Non troviamo una chiara evidenza di una sua considerazione.

12 La nostra visione Non ha senso parlare di idrogeno come accumulo di energia elettrica. (almeno nel medio termine, 2050) Anche se secondo Sgobbi et al., 2016: hydrogen-to-power will become cost-effective from 2040 onwards. Electrolysis h 65-70% H 2 FC or CCS h 50-60% Costs: land, instalations, maintenance,.. Qualunque sia il costo iniziale dell energia il costo della doppia trasformazione Epower-H 2 -Epower è troppo alto. L Idrogeno prodotto da elettrolisi fornisce delle opportunità di mercato più vantaggiose, con o senza il lancio dei veicoli a celle a combustibile (FCEVs).

13 Tanti mercati, un solo mercato Electricity Market Demand Energy strategic reserves RES installed power 100 >> 150 Industry and building H 2 Transports and services

14 Facciamo due conti Ipotesi: Impianto PV da 200kWp su tetto, orfano del conto energia. Quesito: vendo sul mercato elettrico o mi trasformo inproduttore di idrogeno? High Curve dei ricavi, senza costi operativi e inflazione. Vendo solo idrogeno e butto via l ossigeno. Low Prezzo medio tra le 9 e le 15 sul mercato elettrico Italiano 1 kwhe = 0,075 D. Viesi et al. DOE Pensiamo di poter vendere sul mercato industriale tra 7,5 (Low) e 10 (High) /kg.

15 Facciamo due conti: indagine di mercato Impossibile definire un prezzo univoco: valutiamo prezziari gare di appalto. Gas /nm3 /kg H 2 compresso 4.5 (N50) 3,60 4,30 40,32 48,16 O 2 compresso (N45) 4,00 4,50 2,40 3,15 O 2 compresso (tecnico) 2,70 3,20 1,89 2,24 Fattori di conversione H 2 1 kg = 11,2 m 3 O 2 1 kg = 0,7 m 3 Valori di riferimento prod vendita DOE (2020) 1 kg (H 2 ) = 1,50 3,80 Da interviste telefoniche risulta che l idrogeno da elettrolisi risulterebbe competitivo a circa 1 /m 3, vale a dire 11,20 /kg. Possiamo quindi supporre di poter vendere tutto il prodotto ai distributori di gas tecnici a 0,75 /m 3 (8,40 /kg).

16 Attualizzazione e comparazione Caso 1: Riconversione Caso 1 Caso 2 Investimento 180 k 480 k NAV (20) H 2-31,8 k -299,4 k NAV (20) O 2 = ,6 k -126,8 k NAV (20) O 2 = ,6 k +391,0 k Caso 2: Nuovo Costi impianto PV 200kWp su tetto (1500 /kwp) k Costi elettrolizzatore 180kW (1 M /MW) 180 k 180 k OPEX PV = 2% CAPEX 6 k 6 k OPEX elettrolizzatore = 6% CAPEX 10,8 k 10,8 k Localizzazione impianto (angolo ottimale fisso) Messina Messina Tasso 10% 10% Prezzo di vendita Idrogeno 7,5 /kg 7,5 /kg Prezzo di vendita Ossigeno 0,5-0,8 /kg 0,5-0,8 /kg

17 CONCLUSIONI La produzione di Idrogeno da rinnovabile per il mercato dei gas tecnici è una opportunità gia realizzabile. Ci si aspetta che in una rete elettrica con alta penetrazione delle rinnovabili ci saranno ulteriori potenzialità per l idrogeno da elettrolisi. Il mercato dell autotrazione sarà una naturale conseguenza. Noi immaginiamo un cambiamento radicale nell attuale paradigma dei mercati elettrico e dei combustibili. La nostra attenzione è rivolta alle seguenti questioni: In una rete con 100% elettricità rinnovabile, sarà ancora il gas naturale a stabilire il prezzo del kwh e, o viceversa? Quale sarà l influenza degli eccessi di produzione elettrica sul mercato dei derivati del petrolio?

18 Thank you for your attention Gaetano Squadrito CNR-ITAE S. Lucia sopra Contesse 5 Messina Phone: Fax: gaetano.squadrito@itae.cnr,.it Institute URL: http//: