Sempre più paesi stanno iniziando a definire obiettivi strategici per l'energia a idrogeno e alcuni investimenti si stanno orientando verso lo sviluppo di tecnologie per l'idrogeno verde. L'UE e la Cina sono all'avanguardia in questo sviluppo, puntando a ottenere vantaggi competitivi in termini di tecnologia e infrastrutture. Nel frattempo, Giappone, Corea del Sud, Francia, Germania, Paesi Bassi, Nuova Zelanda e Australia hanno tutti pubblicato strategie per l'energia a idrogeno e sviluppato piani pilota a partire dal 2017. Nel 2021, l'UE ha emanato un requisito strategico per l'energia a idrogeno, proponendo di aumentare la capacità operativa di produzione di idrogeno in celle elettrolitiche a 6 GW entro il 2024, sfruttando l'energia eolica e solare, e a 40 GW entro il 2030, con un ulteriore incremento di 40 GW di produzione di idrogeno al di fuori dell'UE.
Come per tutte le nuove tecnologie, l'idrogeno verde sta passando dalla fase di ricerca e sviluppo primaria alla produzione industriale su larga scala, con conseguente riduzione dei costi unitari e aumento dell'efficienza in fase di progettazione, costruzione e installazione. Il costo unitario dell'idrogeno verde (LCOH) è composto da tre elementi: il costo della cella elettrolitica, il prezzo dell'elettricità da fonti rinnovabili e altri costi operativi. In generale, il costo della cella elettrolitica rappresenta circa il 20%-25% del costo unitario dell'idrogeno verde, mentre il costo dell'elettricità costituisce la quota maggiore (70%-75%). I costi operativi sono relativamente bassi, generalmente inferiori al 5%.
A livello internazionale, il prezzo delle energie rinnovabili (principalmente solare ed eolica su larga scala) è diminuito significativamente negli ultimi 30 anni e il suo costo energetico livellato (LCOE) è ora vicino a quello dell'energia prodotta da centrali a carbone (30-50 dollari/MWh), rendendo le energie rinnovabili più competitive in termini di costi in futuro. I costi delle energie rinnovabili continuano a diminuire del 10% all'anno e intorno al 2030 raggiungeranno circa 20 dollari/MWh. I costi operativi non possono essere ridotti in modo significativo, ma i costi unitari delle celle possono essere ridotti e si prevede una curva di apprendimento simile per le celle a quella dell'energia solare o eolica.
La tecnologia fotovoltaica (FV) è stata sviluppata negli anni '70 e nel 2010 il costo livellato dell'energia (LCOE) del FV si aggirava intorno ai 500 dollari/MWh. Dal 2010, l'LCOE del FV si è ridotto significativamente e attualmente si attesta tra i 30 e i 50 dollari/MWh. Dato che la tecnologia delle celle elettrolitiche è simile al benchmark industriale per la produzione di celle fotovoltaiche, è probabile che dal 2020 al 2030 segua una traiettoria simile a quella delle celle fotovoltaiche in termini di costo unitario. Allo stesso tempo, l'LCOE dell'energia eolica è diminuito significativamente nell'ultimo decennio, ma in misura minore (circa il 50% per l'eolico offshore e il 60% per quello onshore).
Il nostro Paese utilizza fonti di energia rinnovabile (come l'energia eolica, fotovoltaica e idroelettrica) per la produzione di idrogeno tramite elettrolisi dell'acqua. Quando il prezzo dell'elettricità è controllato al di sotto di 0,25 yuan/kWh, il costo di produzione dell'idrogeno risulta relativamente conveniente (15,3 ~ 20,9 yuan/kg). Gli indicatori tecnici ed economici della produzione di idrogeno tramite elettrolisi alcalina ed elettrolisi PEM sono riportati nella Tabella 1.
Il metodo di calcolo dei costi della produzione elettrolitica di idrogeno è mostrato nelle equazioni (1) e (2). LCOE = costo fisso/(quantità di produzione di idrogeno x durata) + costo operativo (1) Costo operativo = consumo di elettricità per la produzione di idrogeno x prezzo dell'elettricità + prezzo dell'acqua + costo di manutenzione delle apparecchiature (2) Prendendo come esempio i progetti di elettrolisi alcalina ed elettrolisi PEM (1000 Nm3/h), si supponga che l'intero ciclo di vita dei progetti sia di 20 anni e la durata operativa sia di 9×104h. Il costo fisso della cella elettrolitica a pacchetto, del dispositivo di purificazione dell'idrogeno, del costo dei materiali, del costo di costruzione civile, del costo del servizio di installazione e di altri elementi è calcolato a 0,3 yuan/kWh per l'elettrolisi. Il confronto dei costi è mostrato nella Tabella 2.
Rispetto ad altri metodi di produzione di idrogeno, se il prezzo dell'elettricità da fonti rinnovabili è inferiore a 0,25 yuan/kWh, il costo dell'idrogeno verde può essere ridotto a circa 15 yuan/kg, iniziando ad avere un vantaggio economico. Nel contesto della neutralità carbonica, con la riduzione dei costi di generazione di energia da fonti rinnovabili, lo sviluppo su larga scala di progetti di produzione di idrogeno, la riduzione del consumo energetico e dei costi di investimento delle celle elettrolitiche e l'orientamento verso la tassa sul carbonio e altre politiche, il percorso per la riduzione dei costi dell'idrogeno verde diventerà gradualmente più chiaro. Allo stesso tempo, poiché la produzione di idrogeno da fonti energetiche tradizionali comporta la presenza di numerose impurità come carbonio, zolfo e cloro, e considerando i costi aggiuntivi di purificazione e cattura, utilizzo e stoccaggio del carbonio (CCUS), il costo effettivo di produzione potrebbe superare i 20 yuan/kg.
Data di pubblicazione: 6 febbraio 2023