L’approccio di una utility alle tecnologie dell’idrogeno: l’esperienza di Edison

1. L’approccio di una utility alle tecnologie dell’idrogeno: l’esperienza di Edison Giugno 2004

2. La R&D di Edison attualmente è focalizzata su: • generazione di idrogeno per mezzo del reforming del gas naturale; • utilizzo dell’idrogeno per la generazione distribuita di e.e. tramite celle a combustibile ad alta efficienza. Per una utility energetica tutte le aree sono potenzialmente di interesse, pur con un peso relativo che deve tenere conto anche delle particolarità dello scenario energetico nazionale. Source: Vision Report of European High Level Group, July 2003

3. La focalizzazione sul tema del reforming del gas naturale è coerente con quanto è previsto per il breve-medio periodo dagli scenari di sviluppo tecnologico condivisi a livello internazionale. Inoltre, le stesse tecnologie di fuel processing opportunamente sviluppate e abbinate a futuri sistemi per la carbon sequestration, potranno vantaggiosamente applicarsi in tempi più lunghi anche ad altri combustibili fossili.

4. Source: Vision Report of European High Level Group, July 2003

5. Source: DOE Hydrogen Posture Plan

6. Source: DOE Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure Technologies Program

7. Source: A Hydrogen Introduction Scenario in Japan K. Fukuda*, O. Kobayashi, K. Ogata The Institute of Applied Energy

8. Source: A Hydrogen Introduction Scenario in Japan K. Fukuda*, O. Kobayashi, K. Ogata The Institute of Applied Energy

9. Tutti gli scenari considerati prevedono tempi lunghi prima che si arrivi ad una economia orientata all’idrogeno e sul percorso sono distribuite numerose milestone tecnologiche, il cui raggiungimento richiede il successo di attività anche di ricerca fondamentale e non solo migliorativa. Esiste un significativo rischio tecnologico. Inoltre, le sfide tecnologiche sono distribuite su numerosi settori e in ciascuno di essi si dovranno realizzare le condizioni per arrivare al mercato attraverso onerosissime fasi di sviluppo e dimostrazione. Complessivamente dunque una grande sfida ed opportunità ma anche una enorme massa di investimenti in ricerca,sviluppo ed innovazione. Occorre un mucchio di soldi.

10. Principali programmi di supporto allo sviluppo USA: gennaio 2003 George W. Bush propone di stanziare 1,2 miliardi di dollari per i prossimi cinque anni “perché l’America possa diventare leader mondiale nello sviluppo di auto pulite alimentate ad idrogeno”. (programmi FreedomFuel e FreedomCar) Europa: il Sesto Programma Quadro prevede un budget di 810 milioni di euro nel periodo dal 2003 al 2006 per progetti che riguardano “sistemi energetici sostenibili”, tra cui troveranno spazio anche progetti su idrogeno e celle a combustibile. Giappone: ha avviato nel 93 il programma WE-NET con un budget complessivo di 2 miliardi di dollari per il periodo fino al 2020. COMPLESSIVAMENTE CIRCA 500 M€ ALL’ANNO

11. Si tratta di cifre importanti a cui si sommano gli interventi a livello nazionale. Peraltro il mondo dell’energia è caratterizzato da cicli d’innovazione lunghi (la prima turbina a gas, da 4 MW e con un’efficienza del 17 %, entrò in esercizio commerciale a Neuchâtel nel 1939) e da investimenti imponenti.

12. Come è successo per le turbine, così per lo sviluppo delle tecnologie dell’idrogeno ed in particolare per lo sviluppo delle celle a combustibile sono indispensabili: • il supporto pubblico alla ricerca (dal 1940 ad oggi il governo USA ha sovvenzionato per 13 miliardi di dollari la ricerca sulle turbine e tuttora la sovvenziona per circa 400 milioni di dollari l’anno); • un’applicazione trainante che generi ricadute tecnologiche sull’applicazione stazionaria (l’aviazione per le turbine, i veicoli per le celle?); • certezza circa disponibilità e prezzo del combustibile di eccellenza.

13. La sfida è ancora più difficile perché in competizione con tecnologie molto performanti, anche dal punto di vista ambientale. Maquette della centrale di Simeri Crichi (Catanzaro) 800 MW , efficienza elettrica del 56 %, investimento 330 M€

14. Seppure lo sviluppo delle tecnologie non sia tipicamente competenza delle utility, esse possono svolgere un ruolo molto importante. In particolare possono rendere disponibili le loro competenze specifiche dando supporto all’industria manifatturiera nella valutazione dei fattori trainanti, degli elementi di rischio ed in generale nell’individuare gli indirizzi di sviluppo con maggiore potenzialità di successo. D’altra parte per l’utility è importante mantenere un livello alto di conoscenza dello stato dell’arte delle tecnologie in sviluppo in un’ottica competitiva e non puramente difensiva.

15. A questo scopo nella fase attuale dello sviluppo la Ricerca di Edison ha scelto di svolgere un programma di caratterizzazione di tecnologie sulle due aree di interesse: • Reforming del gas naturale; • Generazione di e.e. tramite fuel cell. • Mentre sul primo tema siamo in fase di definizione dei programmi specifici che intendiamo attivare dal prossimo anno, sul tema delle celle abbiamo in realizzazione, presso il nostro centro ricerche di Trofarello, un laboratorio di test dedicato.

16. Il laboratorio opererà su fuel cell sia a bassa che ad alta temperatura e valuterà sia celle sia sistemi completi. L’interesse di Edison è focalizzato essenzialmente sui sistemi di celle ad alta efficienza e cogenerativi e quindi ad alta temperatura. La realizzazione del laboratorio è stata supportata dalla Regione Piemonte e dal Ministero Ambiente. La collaborazione con gli altri operatori dello sviluppo sarà perseguita da Edison come strumento per massimizzare l’efficacia dell’iniziativa.

17. Nuovo laboratorio idrogeno Tre stazioni di test all’interno del laboratorio di cui due per celle singole e stack PEM o SOFC ed una per sistemi fino a 5 kWe. Una stazione di test esterna per sistemi ad alta temperatura con alimentazione a gas naturale e carico in isola. Alimentazione idrogeno sia da elettrolizzatore (fino a 6 Nmc/ora) sia da bombolaio Sistema centralizzato per la gestione automatizzata dei protocolli di prova e di raccolta dati.

18. Stazione di test per celle e stack PEM e SOFC Corrente : 100A Tensione : 12V Potenza : 100-200W Flusso H2 fino 1,5 volte stechiometrico Flusso O2/aria fino a 3 volte stechiometrico Nel caso di celle SOFC le stazione prevede un forno per il mantenimento delle temperature di funzionamento.

19. Sistema PEM –Avista Labs 1000 • Output: 1kW, 48 V DC • Condizioni operative: da 0 °C a 50 °C • Pressione di funzionamento: 1,7 – 6,9 bar • Start-up: • 50 % della potenza istantaneo • 100 % della potenza in meno di 5 minuti a 25 °C • Consumi: • 15 litri/min. a 1000 W • Dimensioni: 44 x 70 x 52 cm • Peso: 69 kg

20. Sistema PEM –Avista Labs 500 • Output: 500 W, 12/24/48/125 V DC • Condizioni operative: da 0 °C a 45 °C • Pressione di funzionamento: 0,28 – 0,41 bar • Start-up: • 50 % della potenza in meno di 1 minuto a 25 °C • 100 % della potenza in meno di 2 minuti a 25 °C • Consumi: • 9 litri/min. a 500 W • 5,5 litri/min. a 250 W • Dimensioni: 43 x 45 x 47 cm • Peso: 35,4 kg

21. Sistema PEM –Nexa Ballard Potenza: 1,2 kW elettrici Tensione di uscita: 26 V DC Condizioni operative: da 3°C a 30°C Pressione di funzionamento: 0,68  1,7 bar Consumi: 33 l/min Dimensioni: 56 x 25 x 33 cm Peso: 13 kg

22. Sistema SOFC –RP-SOFC-5000 Acumentrics Potenza: 5 kW elettrici 2 kW termici Tensione di uscita: 120/240 VAC Condizioni operative: da -30°C a 50°C Combustibile: Gas naturale Pressione di funzionamento: 0,017  0,035 bar Start-up: 1030 minuti Consumi: 1.5 mc/h Dimensioni: 1,8 x 1 x 1,6h m Peso: 550 kg