Con la spinta globale verso le energie rinnovabili, le soluzioni efficienti di stoccaggio dell'energia sono essenziali per bilanciare la domanda e l'offerta. Mentre sistemi di accumulo di energia a batteria (BESS) hanno dominato il mercato, stoccaggio dell'energia dell'idrogeno (HES) sta guadagnando attenzione come soluzione alternativa. Ma come funziona lo stoccaggio dell'idrogeno e come si confronta con quello delle batterie? Vediamo i dettagli.
Che cos'è l'accumulo di energia da idrogeno?
L'accumulo di energia da idrogeno (HES) è un metodo per immagazzinare energia convertendo l'elettricità in idrogeno attraverso l'elettrolisi. L'idrogeno può essere immagazzinato e successivamente riconvertito in energia elettrica tramite celle a combustibile o bruciato per applicazioni industriali. A differenza delle batterie, che immagazzinano energia in celle elettrochimiche, l'HES immagazzina energia in forma molecolare, l'idrogeno ha la più alta energia per unità di massa di tutti i combustibiliche lo rende adatto ad applicazioni a lungo termine e su larga scala.
Lo sviluppo dell'accumulo di energia da idrogeno
Il concetto di immagazzinare energia come idrogeno risale all'inizio del XIX secolo, quando fu scoperta l'elettrolisi. Tuttavia, le applicazioni pratiche hanno preso piede alla fine del XX secolo, quando sono state sviluppate le celle a combustibile a idrogeno per le missioni spaziali.
- Anni '60-'70:La NASA ha utilizzato le celle a combustibile a idrogeno nell'esplorazione spaziale (missioni Apollo).
- 1990s:Sono stati introdotti i veicoli a celle a combustibile a idrogeno.
- Anni 2000-oggi:L'idrogeno viene studiato per l'accumulo di energia nella rete, la decarbonizzazione industriale e i trasporti.
Con i progressi della produzione di idrogeno verde (utilizzando l'energia rinnovabile per l'elettrolisi), lo stoccaggio dell'idrogeno è ora visto come un attore chiave nella transizione verso un'economia di mercato. futuro a zero emissioni di carbonio.
Perché l'idrogeno può immagazzinare energia?
L'idrogeno agisce come vettore energeticoCiò significa che non genera energia, ma è in grado di immagazzinarla e rilasciarla in modo efficiente.
- Processo di elettrolisi:L'elettricità viene utilizzata per scindere l'acqua (H₂O) in idrogeno (H₂) e ossigeno (O₂).
- Stoccaggio:L'idrogeno può essere immagazzinato in serbatoi di gas compresso, in serbatoi di idrogeno liquido o in depositi allo stato solido (idruri metallici).
- Rilascio di energia:L'idrogeno può essere bruciato nei motori a combustione, utilizzato nelle celle a combustibile o riconvertito in elettricità quando necessario.
Da quando l'idrogeno può essere immagazzinato a tempo indeterminatoè una soluzione promettente per accumulo di energia a lungo termine e stagionalea differenza delle batterie che si degradano nel tempo.
Componenti chiave di un sistema di stoccaggio dell'energia dell'idrogeno
A Sistema di stoccaggio dell'energia dell'idrogeno è costituito dai seguenti componenti principali:
| Componente | Funzione |
| Elettrolizzatore | Scinde l'acqua in idrogeno e ossigeno utilizzando l'elettricità. |
| Serbatoi di stoccaggio | Immagazzina l'idrogeno in gas compresso, forma liquida o materiali allo stato solido. |
| Sistema di celle a combustibile/combustione | Converte l'idrogeno immagazzinato in elettricità o calore. |
| Compressore | Pressurizza l'idrogeno per uno stoccaggio e un trasporto efficienti. |
| Fonte di energia rinnovabile | (Facoltativo) Energia solare, eolica o idroelettrica utilizzata per la produzione di idrogeno verde. |
A seconda dell'applicazione, lo stoccaggio dell'idrogeno può essere utilizzato per bilanciamento della rete, alimentazione industriale, trasporti e riscaldamento..
Vantaggi e svantaggi dell'accumulo di energia da idrogeno
Vantaggi:
- Capacità di stoccaggio a lungo termine:A differenza delle batterie, l'idrogeno non perde energia nel tempo.
- Scalabilità:Adatto per l'accumulo di energia su larga scala, comprese le reti nazionali.
- Potenziale di idrogeno rinnovabile:Può essere prodotto utilizzando l'energia solare ed eolica.
- Applicazioni multiuso:Può essere utilizzato per la produzione di energia elettrica, per il riscaldamento e come carburante per i trasporti.
Svantaggi:
- Bassa efficienza:L'efficienza di andata e ritorno (perdite di conversione dell'energia) è soltanto 30-50%, rispetto a 80-90% per le batterie.
- Sfide infrastrutturali:Lo stoccaggio dell'idrogeno richiede serbatoi, condutture e celle a combustibile specializzati.
- Costo di produzione elevato:L'elettrolisi e le celle a combustibile a idrogeno sono ancora costose rispetto ai sistemi a batteria.
- Problemi di sicurezza:L'idrogeno è altamente infiammabileche richiedono procedure di manipolazione rigorose.
Accumulo di energia all'idrogeno vs. accumulo a batteria: Qual è la soluzione migliore?
| Caratteristica | Accumulo di energia dall'idrogeno | Accumulo a batteria (BESS) |
| Densità di energia | Elevato, ma richiede un grande volume di archiviazione. | Più basso, ma più compatto. |
| Efficienza | ~30-50% (bassa efficienza di conversione). | ~80-90% (alta efficienza). |
| Durata della conservazione | A lungo termine (da settimane a mesi). | A breve e medio termine (da ore a giorni). |
| Infrastrutture | Richiede elettrolizzatori, serbatoi di stoccaggio e celle a combustibile. | Richiede solo batterie e inverter. |
| Costo | Elevato grazie all'elettrolisi e alle celle a combustibile. | Più basso e in miglioramento con le economie di scala. |
| Applicazione | Accumulo di energia su larga scala e stagionale, industria e trasporti. | Bilanciamento della rete a breve termine, uso domestico e commerciale. |
Per lo stoccaggio stagionale su scala di rete, l'idrogeno è più adatto. Tuttavia, per l'accumulo quotidiano di energia e per le applicazioni su piccola scala, le batterie sono attualmente più efficienti e convenienti.
Le sfide dello stoccaggio di energia dall'idrogeno
Nonostante il suo potenziale, lo stoccaggio dell'idrogeno deve affrontare diverse sfide:
- Bassa efficienza- L'energia viene persa durante l'elettrolisi, la compressione e la conversione delle celle a combustibile.
- Costo degli elettrolizzatori e delle celle a combustibile: queste tecnologie sono ancora costose e necessitano di ulteriori sviluppi.
- Complessità di archiviazione- L'idrogeno deve essere stoccato ad alte pressioni (350-700 bar) o a temperature estremamente basse (-253°C per l'idrogeno liquido).
- Investimenti in infrastrutture- A differenza delle batterie, l'idrogeno richiede condotte dedicate, stazioni di rifornimento e misure di sicurezza.
- Problemi di sicurezza pubblica- A causa dell'infiammabilità dell'idrogeno, la manipolazione e il trasporto richiedono protocolli di sicurezza avanzati.
I futuri progressi nell'efficienza delle celle a combustibile a idrogeno, nella riduzione dei costi degli elettrolizzatori e nelle tecnologie di stoccaggio determineranno la competitività dello stoccaggio di energia a idrogeno rispetto a quello a batteria.
Esempi di progetti di stoccaggio di energia da idrogeno attualmente in costruzione
Il 25 settembre 2024 è iniziata la costruzione della centrale di picco per l'accumulo di energia a idrogeno di Grove Mulei, in Cina, da 200MW/1600MW.h. Si tratta attualmente del più grande progetto di stoccaggio di energia a idrogeno al mondo. Una volta completato e messo in funzione, il progetto potrà produrre ogni anno 40.000 tonnellate di idrogeno, 320.000 tonnellate di ossigeno industriale e 51,6 milioni di tonnellate di acqua calda ad alta temperatura.
Ulteriori letture: Che cos'è un Megawatt (MW) e quante case può alimentare?
Conclusione
L'idrogeno può immagazzinare energia? Sì, ed è una soluzione promettente per lo stoccaggio di energia a lungo termine e su larga scala. Tuttavia, a causa delle perdite di efficienza, degli alti costi di infrastruttura e delle attuali barriere tecnologiche, l'accumulo a batteria rimane la scelta preferita per la maggior parte delle applicazioni a breve termine e residenziali.
In prospettiva, il futuro dell'accumulo di energia comporterà probabilmente un approccio ibrido, in cui l'accumulo di idrogeno sarà utilizzato per il fabbisogno energetico a lungo termine, mentre le batterie gestiranno le fluttuazioni a breve termine. Con l'innovazione e gli investimenti continui, lo stoccaggio dell'energia a idrogeno potrebbe svolgere un ruolo fondamentale nel raggiungimento di un futuro energetico sostenibile e rinnovabile.
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