L’idrogeno verde nell’industria e il caso Iris Ceramica
Così l’idrogeno verde può decarbonizzare gli energivori
L’idrogeno verde nell’industria e il caso Iris Ceramica
Così l’idrogeno verde può decarbonizzare gli energivori
L’idrogeno verde nell’industria e il caso Iris Ceramica
Così l’idrogeno verde può decarbonizzare gli energivori
Di idrogeno sono fatti il sole, le stelle e gran parte dei pianeti: è infatti l’elemento più diffuso nell’universo. Ma sulla Terra, l’idrogeno da solo, è praticamente inesistente (è però abbondante legato ad altri elementi, ad es. nell’acqua). Per avere idrogeno, dunque, dobbiamo produrlo. E per riuscirci ci sono due modi: scomponendo l’acqua con un processo di elettrolisi oppure attraverso trasformazioni chimiche da combustibili fossili con un processo di reforming.
L’elettrolisi è la sola modalità che consente di avere idrogeno verde, vettore chiave per la decarbonizzazione: un elettrolizzatore, alimentato da energia rinnovabile, rompe le molecole d’acqua, separando l’ossigeno dall’idrogeno.
Il processo di reforming, invece, “estrae” l’idrogeno, di solito, dal metano, liberando notevoli quantità di CO2, e porta al cosiddetto “idrogeno grigio”. Se durante questo processo, la CO2 viene catturata, si ottiene l’“idrogeno blu” che comporta comunque una quantità di dispersione in atmosfera di anidride carbonica.
L’unico totalmente decarbonizzato è perciò l’idrogeno verde: usa come materia prima l’acqua, è alimentato da energia 100% green e, bruciando per produrre energia, libera solo vapore acqueo. La temperatura alla quale si svolge la sua combustione - circa 2.100 gradi - ne permette l’uso anche nei processi industriali ad alta temperatura.
La fattibilità del suo impiego nell’industria è dimostrata dall’esempio virtuoso di Iris Ceramica Group, azienda del noto distretto industriale ceramico fra Modena e Reggio Emilia, che a Castellarano ha dato il via alla H2 Factory™, il primo progetto mai realizzato per la decarbonizzazione dell’industria ceramica tramite idrogeno verde.
La corsa per passare dall’attuale 1% di idrogeno verde a 50 Mt entro il 2030
La produzione di idrogeno verde a oggi richiede abbondante disponibilità di energie rinnovabili e questo non facilita la sua diffusione. L’International Energy Agency ha infatti stimato che nel 2022 la produzione di idrogeno a basse emissioni è rimasta al di sotto dell’1% del totale globale. Oggi la produzione dedicata all’idrogeno si basa principalmente sui combustibili fossili, con circa un sesto della fornitura che è un “sottoprodotto” di altri processi, attinenti principalmente all’industria petrolchimica. Nel 2022, il 70% dell’energia impiegata per la produzione dedicata di idrogeno è stato soddisfatto dal metano e circa il 30% dal carbone: il rimanente - meno dell’1% - era a basse emissioni.
Per essere in linea con lo scenario Net Zero Emissions sarebbe necessario un veloce incremento dell’idrogeno prodotto con basse emissioni: 50 Megatonnellate prodotte con elettrolisi e più di 30 Mt prodotte da combustibili fossili ma con CCUS – Carbon Capture, Utilization & Storage - entro il 2030, produzioni che dovrebbero rappresentare oltre 50% della produzione di idrogeno. Questo richiederà 550 GW di elettrolizzatori e, a cascata, occorrerà sia un aumento della produzione degli elettrolizzatori, sia un significativo dispiegamento di capacità di energia rinnovabile dedicata alla produzione dell’idrogeno verde.
Guardando ai settori più energivori, i cosiddetti Hard to Abate, l’ICE (Istituto Commercio Estero) ha stimato che per decarbonizzare i settori ceramico, siderurgico, cartario e vetraio italiani occorrerebbero circa 2 milioni di tonnellate all’anno di idrogeno verde prodotto da 15 GW di elettrolizzatori impiegando 70 GWh di energia rinnovabile prodotta da impianti dedicati.
Il coraggio di ripensare il processo produttivo
Al di là di queste condizioni generali la singola azienda che decide di intraprendere questo percorso sarà chiamata a ripensare i propri processi produttivi perché, oltre a cercare risparmio energetico e sostenibilità ambientale, deve preservare la competitività e la qualità del prodotto.
Ad esempio, nella produzione di acciaio sono necessari importanti adeguamenti tecnologici a causa delle caratteristiche di combustione dell’idrogeno, molto diverse da quelle del gas naturale.
La fiamma nella combustione dell’idrogeno ha una velocità quasi 5 volte superiore a quella del gas naturale e una temperatura più elevata, caratteristiche che impongono, ad esempio, una valutazione attenta dei materiali utilizzati nella costruzione dei bruciatori e nel tipo di bruciatore impiegato.
L'aumento della temperatura della fiamma, infatti, richiede che l'acciaio utilizzato all’interno dei bruciatori sia migliorato con una lega o un acciaio inossidabile di grado superiore per resistere a temperature elevate e non andare incontro a infragilimento. Inoltre, l’intero processo produttivo deve essere diverso: si parla di quello che in gergo viene chiamato Direct Reduced Iron (DRI, ossia la riduzione diretta del ferro), processo in cui l’idrogeno reagisce direttamente con i minerali ferrosi per produrre ferro e acqua all’interno di un forno a temperature relativamente basse (circa 1000°C). Il ferro ridotto viene poi ulteriormente trasformato grazie ad un forno elettrico in acciaio liquido.
Si tratta di aspetti sfidanti che implicano l’uso di tecnologie innovative: l’evoluzione tecnologica è infatti fondamentale per la decarbonizzazione, perché è proprio la trasformazione delle macchine che può abilitare la trasformazione del processo produttivo.
Questa sfida può essere vinta mettendo in campo intraprendenza e una visione aperta al futuro. Ed è proprio con una visione prospettica che Iris Ceramica Group ha avviato l’H2 Factory™, un progetto per utilizzare idrogeno verde prodotto in situ nel nuovo stabilimento produttivo di Castellarano (RE), presso il quale avviene la produzione di grandi lastre in ceramica tecnica 4D – dove la quarta dimensione è quella della sostenibilità –, ovvero ampie superfici in ceramica tecnica a tutta massa con spessori di 12 e 20 mm, destinate in particolar modo al settore dell’arredamento di lusso.
Questo progetto basato sull’impiego di idrogeno verde dà concretezza a una nuova cultura industriale che vede nella transizione energetica un’importante occasione di cambiamento per un futuro più sostenibile.
L’idrogeno verde: Iris Ceramica Group, l’esempio di decarbonizzazione per l’intero settore industriale
Il progetto H2 Factory™ di Iris Ceramica Group è il primo passo sulla strada di una nuova produzione della ceramica e fa da apripista non solo per il settore ceramico, ma anche per l’intero settore industriale e in particolare per il distretto in cui si inserisce, a dimostrazione che anche un’industria energivora può intraprendere con successo la transizione verso le “net zero emissions”.
H2 Factory™ di Iris Ceramica Group è infatti, il primo progetto mai realizzato per la decarbonizzazione dell’industria ceramica tramite idrogeno verde. La sua esecuzione sta comportando un notevole sforzo, sia progettuale, sia impiantistico che cantieristico, con la messa in campo delle tecnologie più innovative e l’utilizzo di elevati standard progettuali.
Questo progetto si compone di due fasi: la prima, durata un anno e mezzo e già conclusa, ha visto Iris Ceramica Group impegnata nello studio di fattibilità e nella realizzazione del sito H2 Factory™ sviluppato con i più elevati standard progettuali, idonei a ospitare l’impianto di produzione di idrogeno verde. L’impiego di questa fonte energetica nel processo produttivo infatti, prevede accorgimenti speciali, non solo in termini di impiantistica - come il forno ingegnerizzato per essere alimentato con un blend di idrogeno e gas naturale - ma anche in termini di opere cantieristiche strategiche, come le vasche di raccolta dell’acqua piovana, aree ad hoc di produzione e stoccaggio dell’idrogeno e tutta l’infrastruttura per la distribuzione dell’idrogeno all’interno dello stabilimento. Sono stati inoltre installati 2 impianti fotovoltaici di potenza complessiva pari a 3,8 MWp per generare l’energia rinnovabile a supporto dell’impianto.
La seconda fase, avviata lo scorso anno insieme a Edison Next prevede la realizzazione dell’impianto di produzione di idrogeno green tramite un elettrolizzatore di capacità di elettrolisi pari a 1MW, alimentato da energia rinnovabile. Anche la ‘materia prima’ è locale: l’acqua utilizzata nel processo di elettrolisi sarà acqua piovana raccolta dal sistema di vasche già realizzate, favorendo così una gestione virtuosa di questa preziosa risorsa, improntata sui principi dell’economia circolare.
La produzione attesa dell’impianto ammonta a circa 132 tonnellate di idrogeno verde l’anno che sostituiranno circa 500.000 metri cubi di gas metano, consentendo di evitare l’emissione in atmosfera di circa 900 tonnellate all’anno di CO2*.
L’idrogeno verde così prodotto sarà utilizzato in blending fino al 50% con gas naturale per alimentare un forno ad alto valore tecnologico. Ed è già allo studio un nuovo forno che funzionerà al 100% a idrogeno verde.
A maggio 2024 è stata avviata la fase di test che ha portato alla realizzazione della prima lastra in ceramica al mondo, attraverso l’impiego di una miscela di idrogeno verde e gas naturale. La lastra prodotta ha una superficie di 3,2m di lunghezza, 1,6 metri di larghezza e uno spessore di 12 mm.
L’obiettivo della fase di test è quello di approfondire l’utilizzo della tecnologia per la produzione di lastre in ceramica attraverso l’impiego di idrogeno verde e, al contempo, verificare il comportamento del materiale in fase di cottura, al fine di poter industrializzare la produzione con idrogeno verde con la certezza di ottenere l’eccellenza qualitativa, tecnica ed estetica che caratterizza le grandi lastre in ceramica 4D prodotte nella H2 Factory.
Per consentire la realizzazione dei test è stato installato un impianto pilota che comprende due elettrolizzatori temporanei della potenza complessiva di 120 KW elettrici, posizionati in un container e alimentati da energia rinnovabile, che possono arrivare a produrre complessivamente 20 metri cubi di idrogeno verde all’ora. L’impianto pilota consente di alimentare il forno di ultima generazione con una miscela di idrogeno verde fino a circa il 7% (percentuale destinata ad aumentare fino al 50% una volta installato l’impianto definitivo, già pensato per consentire un ulteriore raddoppio della produzione).
Per l’avvio di questa fase sono state effettuate diverse attività propedeutiche: le opere civili per la predisposizione dell’area, l’installazione della blending unit (sistema che consente la miscelazione del gas naturale con l’idrogeno verde) e la realizzazione di tutti i collegamenti necessari tra i diversi impianti.
In parallelo alla fase di test, Edison Next avvierà nei prossimi mesi le attività necessarie all’installazione del sistema definitivo, essenziale per traguardare l’importante obiettivo che si è data Iris Ceramica Group: raggiungere la carbon neutrality della produzione di lastre in ceramica entro il 2030.
Di tutto questo si parlerà nel webinar "Idrogeno verde: la scelta sostenibile per industria e mobilità", organizzato da Edison NEXT in collaborazione con Digital360, in programma il prossimo 12 settembre (dalle 12.00 alle 13.00). Un incontro per scoprire come le aziende appartenenti ai settori industriali energivori e il mondo dei trasporti pesanti possono aumentare il proprio tasso di sostenibilità grazie all’idrogeno verde. Esperti e relatori, inoltre, illustreranno gli sviluppi normativi, spiegando quali siano gli incentivi e gli strumenti disponibili per cogliere questa opportunità.
*Asseverazione LEAP s.c.ar.l. Laboratorio Energia ed Ambiente Piacenza
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