Biomasse Wasserstoff und Green Deal: Es ist möglich, die Gesetze der Thermodynamik mit einer EG-Richtlinie zu umgehen?

Neuveröffentlichung eines Artikels von Mario A.. Rosé weiter Agronotizie.

L’European Green Deal (Italienischer Text in Diese Seite), stark unterstützt von der Regierung Von der Leyen, ist das Manifest, für das die europäische politische Klasse ein Rezept vorschlägt:

“... ein Europa aufbauen, in dem es keine lokale Verschmutzung geben wird, noch Verlust der biologischen Vielfalt, noch globale Auswirkungen auf das Klima, noch Energiearmut, Unternehmen werden wettbewerbsfähig sein, die gerechte und prosperierende Gesellschaft, und niemand wird zurückgelassen”.

Lesen Sie mit kritischem Geist, rein technisch und ohne ideologische Vorurteile, Das Dokument ähnelt eher einer utopischen Wunschliste als einer Richtlinie, weil es an konkreten Maßnahmen zur Erreichung der gesetzten Ziele mangelt. Der Inhalt enthält mehrere Behauptungen, die nicht durch Beweise gestützt werden, Beispielsweise:
“Der rasche Rückgang der Kosten für erneuerbare Energien, kombiniert mit einer besseren Definition der Unterstützungsrichtlinien, hat bereits die Auswirkungen erneuerbarer Energien auf die Energiekosten der Haushalte verringert” (sic).

Die historische Serie von ARERA (Regulierungsbehörde für Energie, Netzwerke und Umwelt), auf dem Foto reproduziert 1, leugnen diese Behauptung, Zumindest für italienische Familien. In den Boomjahren der erneuerbaren Energien ist ein Aufwärtstrend des Gesamtpreises deutlich zu beobachten, verursacht durch die kombinierte Wirkung von Steuern – die konstant bleiben oder leicht wachsen – und Systemgebühren, die sich auch erhöhen, wenn der Energiepreis fällt.

Zahl 1: Offizielle Daten vonARERA über die Entwicklung der Strompreise für Haushalte und ihrer Kostenpositionen. Quelle https://www.arera.it/it/dati/eep35.htm, Datei https://www.arera.it/allegati/dati/ele/eep35new.xls , grafische Ausarbeitung durch den Autor.

Die Rolle von Wasserstoff im Green Deal

Abgesehen von der Punkt-für-Punkt-Prüfung der Green Deal, In diesem Artikel beschränken wir uns darauf, eines der „Mantras“ der ökologischen Rhetorik zu analysieren: die Wasserstoffwirtschaft. Wir werden dann das Potenzial von Vergasungsprozessen für Biomasse prüfen und prüfen, ob diese daher eine konkrete Chance für italienische Betriebe darstellen können.

Im Bereich der erneuerbaren Energien, Die "neue Wasserstoffwirtschaft" ist derzeit das heißeste Thema. Die neuesten Nachrichten kommen aus Deutschland und betreffen die Einweihung eines Zug -der deutsch-französischen Produktion- Ausgestattet mit komprimierten Wasserstoffflaschen, die Brennstoffzellen und eine Flotte von Wasserstoffbusse -der belgischen Produktion- in der Stadt Hürth (in der Nähe von Köln). Sicher der neue Zug Coradia iLint es gibt keinen Rauch aus seinem Schornstein ab, Es ist jedoch nicht klar, ob der verwendete Wasserstoff von der deutschen Linde produziert wird- kann als "sauber" angesehen werden. Der Wasserstoff, der die Busse antreibt, stattdessen, Es ist das Nebenprodukt eines chemischen Industriezentrums, Der zitierte Artikel gibt jedoch nicht an, ob es sich um den Restwasserstoff aus der Herstellung von Natronlauge handelt - im Prinzip "sauber"- oder die Herstellung von Polyethylen oder PVC - aus Erdöl gewonnenen Produkten. Es ist auch nicht klar, ob die höheren Kosten eines Wasserstoffzuges oder -busses im Vergleich zur einfachen Elektrifizierung der Leitungen wirtschaftlich oder durch eine Ökobilanz gerechtfertigt sind. (Lebenszyklusanalyse). Das Imageeinkommen für französische und deutsche Politiker ist dagegen unbestritten. Das Green Deal wurde sofort in der Presse angesprochen, trotz seiner 25 Seiten erscheint das Wort Wasserstoff allein 3 mal, Angeben - ohne es zu definieren- dass es "sauberer Wasserstoff" ist. In Wirklichkeit, eine Studie der IEA (Internationale Energieagentur, Zahl 2) zeigt, dass der derzeit auf dem Markt befindliche Wasserstoff alles andere als sauber ist: das 73% der Weltproduktion kommt aus Erdgas, das 26% aus Kohle und nur 1% könnte als "sauberer Wasserstoff" angenommen werden, zu dem der Text des Green Deal. Die IEA-Studie zeigt das, im Moment, die Kosten für die Erzeugung von Wasserstoff mit erneuerbarer Energie - verstanden als nur Photovoltaik und Windkraft, alle anderen Formen weglassen- es ist unerschwinglich.

Foto 2: Kosten für die Herstellung von Wasserstoff aus verschiedenen Energiequellen
(Fotoquelle: IEA, Kosten der Wasserstoffproduktion nach Produktionsquelle, 2018, IEA, Paris)

Der Autor hat bereits zum Ausdruck gebracht einige Ratlosigkeit auf dem viel Chat “Wasserstoffwirtschaft” im ArtikelWasserstoff aus Biomethan, Biomethan aus Wasserstoff. Hier ist zu beachten, dass die Thermodynamik keine Meinung ist und ihre Gesetze nicht mit einer europäischen Richtlinie abweichend sind. Wenn es ein Geschäft geben wird”sauberen Wasserstoff” in der Zukunft, Wir können sicher sein, dass es sich nur dank öffentlicher Subventionen entwickeln wird, letztendlich aus unserer Tasche bezahlt.
Warum so viel Interesse an Wasserstoff, wenn, wie wir später sehen werden, Die Effizienz seiner Verwendung rechtfertigt dies nicht? Das Foto 3 gibt uns eine Hinweis Welche Länder werden die Hauptnutznießer der erheblichen Zuschüsse sein, die im Namen des Green Deal vergeben werden?, und was ist der Anteil von Italien. Ziehen Sie dem Leser ihre eigenen Schlussfolgerungen.

Foto 3: Klassifizierung der mit Hydrogen Europe verbundenen Branchen nach Nationalität
(Fotoquelle: pagina Wasserstoff Europa, grafische Ausarbeitung durch den Autor)
Klicken Sie auf das Bild, um es zu vergrößern

Wasserstoffproduktionstechnologien

L.’Europäische Allianz für sauberen Wasserstoff (Besetzung) wurde am 8. Juli mit einem Treffen von Experten und Beamten eröffnet 2020. Von ihr Erklärung es scheint, dass die einzige Technologie zu produzieren “sauberen Wasserstoff” beide Elektrolyse von Wasser, utilizzando i surplus di energia eolica e fotovoltaica. Il motivo per il quale l’autore afferma in modo così categorico che una economia basata sull’idrogeno non possa essere competitiva senza sovvenzioni statali è che, alla data odierna, esistono solo tre modi di produrre idrogeno a scala industriale:

  1. Elettrolisi dell’acqua.
    Questa è la soluzione proposta durante la crisi del petrolio che caratterizzò gli anni ’70. La ragione si deve al concetto molto semplice – solo apparentemente – capace di catalizzare il favore di politici e opinione pubblica. La soluzione consiste in immagazzinare gli eccedenti d’energia solare fotovoltaica ed eolica sotto forma d’idrogeno ed ossigeno. Le alternative di sfruttamento sono: la vendita dell’ossigeno alle industrie per i loro processi produttivi e la distribuzione dell’idrogeno in sostituzione del gas naturale, oppure ricombinare idrogeno e ossigeno in celle a combustibile per soddisfare i picchi di domanda elettrica. I motivi per i quali entrambe le alternative fallirono negli anni della crisi petrolifera sono di tipo commerciale oltre che termodinamico e non hanno niente a che vedere con oscure cospirazioni delle lobby del petrolio, logge massoniche o “poteri forti”. Per quanto riguarda l’ossigeno, esistono metodi più economici ed efficienti per ricavarlo direttamente dall’atmosfera, laddove serva, senza necessità di separarlo dall’acqua, comprimerlo e trasportarlo in bombole. Auf der anderen Seite, l’idrogeno non può sostituire il gas naturale per una lunga serie di motivi tecnici (vedasi l’articolo dell’autore citato prima). Per quanto riguarda invece la generazione elettrica di picco oppure, come nel caso del treno Coradia iLint, la sostituzione dei combustibili fossili nel settore dei trasporti, l’efficienza complessiva del ciclo non giustifica la soluzione proposta. Il rendimento dell’elettrolisi, con le migliori tecnologie attualmente disponibili, è del 70%. Significa che sarebbero necessari 6,299 kWh di energia elettrica per ogni chilogrammo di acqua per produrre 1,24 Nm3 di H2 e 0,622 Nm3 di O2 (Ref[ich]). L’efficienza di generazione elettrica delle celle a combustibile va dal 40% al 60% (Ref.[ii] e[iii]). L’efficienza globale dell’intero ciclo è dunque compresa fra il 28% ed il 42%. Nella pratica è necessario considerare anche il consumo elettrico per produrre l’acqua demineralizzata necessaria per l’idrolisi, per il pompaggio della medesima nelle celle e, infine, per stoccare l’H2 e l’O2 in bombole ad alta pressione. Pertanto, il rendimento reale del ciclo sarebbe ancora più basso, ma sia l’ECHA che l’ichEA sorvolano tale aspetto del processo. A modo di riferimento, ricordiamo che un cogeneratore endotermico a biogas ha un’efficienza di generazione elettrica dell’ordine del 38%-42%.
  2. Idrogeno sottoprodotto dall’industria chimica.
    La produzione di soda caustica si realizza mediante l’elettrolisi di una soluzione di sale comune (ClNa) in acqua, ottenendo come sottoprodotto idrogeno e cloro. Anche la produzione di alcune plastiche genera idrogeno come sottoprodotto. L’idrogeno sottoprodotto industriale è certamente una risorsa da utilizzare laddove disponibile, ma di certo non può soddisfare la domanda energetica di un intero continente. In Italia l’idrogeno sottoprodotto dall’impianto petrolchimico di Marghera rappresenta l’ennesimo esempio di risorsa sprecata per colpa delle troppe leggi contraddittorie e dell’immobilismo burocratico (wenn du siehst, vom selben Autor, la vicenda del vaporetto ad idrogeno costruito a Venezia).
  3. Reazione fra carbonio e acqua.
    Il carbonio può reagire con l’acqua ad alte temperature, secondo le seguenti reazioni:
    • Reazione di spostamento del gas d’acqua, schematicamente rappresentata da: CO + H.2O → CO2 + H.2. La reazione è catalizzata da Fe2DAS3 o Cr2DAS3.
    • Gassificazione del carbone, C. + H.2O → CO + H2, è una reazione che avviene fra carbone e vapore acqueo a temperature maggiori di 1000 °C.. Veniva utilizzata tra la fine del XIX secolo e i primi del XX per produrre il gas di città.
    • Reforming del gas naturale. La reazione CH4 + H.2O → CO + 3H.2 avviene tra metano e vapore acqueo ad una temperatura tra i 700 e i 1100 °C..

Poiché le biomasse vegetali sono composte all’incirca dal 50% C., 6% H., e 41% DAS (Ref.[iv]), la loro gassificazione a temperature maggiori di 1000 °C., con aggiunta di vapore, realizza le tre reazioni descritte sopra. Das risultato è una miscela ricca di H2, chiamata syngas, dalla quale è relativamente facile separare l’anidride carbonica (CO2). Il processo di gassificazione delle biomasse è comunque più complesso ed inefficiente rispetto al reforming del gas naturale, motivo per il quale l’industria preferisce quest’ultimo. Se la politica decidesse d’incentivare la gassificazione di biomasse e penalizzare il reforming del gas naturale, dann si aprirebbe un nuovo mercato per le aziende agricole, quello dell'”sauberen Wasserstoff” prodotto con i loro scarti lignocellulosici.

Da un punto di vista prettamente termodinamico, la gassificazione della biomassa è più conveniente dell’elettrolisi dell’acqua perché utilizza il calore prodotto mediante la combustione di una frazione della biomassa. Secondo uno studio pubblicato dall’Iea (Ref.[v]), la produzione d’idrogeno mediante gassificazione della biomassa è fattibile a condizione che il processo non utilizzi aria bensì ossigeno puro e vapore, perché l’azoto atmosferico andrebbe a finire nel syngas, ed essendo un gas inerte poco solubile, è molto difficile da separare dall’idrogeno.

Lo studio in questione analizza i dati di tre impianti pilota (delle Università di Vienna, Stuttgart e l’Energy research center Netherlands) nei quali la gassificazione si realizza con il vapore generato dalla combustione delle biomasse mediante riscaldamento indiretto, utilizzando l’aria come comburente ma evitando nel contempo che l’azoto atmosferico finisca nel syngas. Tali tecnologie producono syngas con un tenore di H2 zwischen 27 e 45%. Lo studio dell’ichEA analizza inoltre le prestazioni di una nuova tecnologia, detta SER (Sorption Enhanced Reforming), che utilizza calce viva (OCa) iniettata nel gassificatore assieme alla biomassa con lo scopo di eliminare la CO2 durante la gassificazione e favorire la produzione di idrogeno. Durante le prove dei prototipi alle Università di Vienna e di Stuttgart, la tecnologia SER ha prodotto syngas con 73% di H2. L’efficienza complessiva della gassificazione della biomassa è del 69%, quindi quasi uguale a quella dell’elettrolisi dell’acqua, con il vantaggio di non dipendere dagli sbilanci fra generazione solare/eolica e domanda della rete. Lo studio economico indica che, allo stato attuale delle ricerche, la gassificazione di biomassa risulta economica solo se il prezzo dell’idrogeno è maggiore di 2,70 euro/chilogrammo.

Schlussfolgerungen

Dalla Foto 2 osserviamo che l’idrogeno da carbone, o da gas naturale, risulta ancora il più competitivo. L'”sauberen Wasserstoff” propagandato dalla signora Von der Leyen e dal signor Timmermans, basato esclusivamente sull’elettrolisi dell’acqua mediante eccedenti di energia eolica e fotovoltaica, è concorrenziale solo se sovvenzionato con soldi pubblici. Desta sospetto, o quanto meno perplessità, il fatto che l’Ue intenda destinare cospicui finanziamenti pubblici alla tecnologia dell’elettrolisi, quando la stessa UE considera idrogeno e biometano come vettori energetici equivalenti.

La tecnologia per produrre biometano è decisamente più economica, ed il biometano è 100% compatibile con le infrastrutture esistenti: quindi per quale motivo destinare massicce risorse all’idrogeno? Sembra anche strano che il bioidrogeno prodotto mediante dark fermentation – una tecnologia molto simile a quella della digestione anaerobica – così come la gassificazione della biomassa non siano state minimamente considerate dalla classe politica di Bruxelles. Le tecnologie di gassificazione della biomassa più avanzate sono in grado di produrre syngas ad alto tenore di idrogeno, con la stessa efficienza energetica degli elettrolizzatori, ma sono ancora allo stadio sperimentale, per cui non rappresentano un’opportunità per le aziende agricole nel breve-medio termine.

Da un punto di vista puramente tecnico, possiamo dimostrare con certezza matematica che un treno diesel convenzionale, convertito per funzionare a biometano, avrebbe la stessa efficienza complessiva del Coradia iLint franco-tedesco. Tale conversione è perfettamente alla portata delle officine delle Ferrovie Italiane, richiederebbe solo una modesta spesa – tra l’altro non soggetta al pagamento di royalties ad aziende estere – e l’acquisto di biometano da parte del Gruppo FS favorirebbe le aziende agro-energetiche nostrane.

Literaturverzeichnis

[ich] Università di Napoli, Corso di tecnologie energetiche, Modulo tecnologia dell’idrogeno.
[ii] Marina Ronchetti; Celle a combustibile. Stato di sviluppo e prospettive della tecnologia; pubblicazione dell’Enea, 2008.
[iii] US D.O.E., Fuel cells fact sheet.
[iv] Channiwala S.A., On biomass gasification process and technology developments. PhD Thesis, Mechanical engineering department, Iit, Mumbai 1992). I valori ottenuti dal Channiwala sono riportati nel sito della Biomass energy foundation.
[v] Matthias Binder, Michael Kraussler, Matthias Kuba, and Markus Luisser; Hydrogen from biomass gasification, Iea Bioenergy; ISBN 978-1-910154-59-5, 2018.

5 Antworten zu “Biomasse Wasserstoff und Green Deal: Es ist möglich, die Gesetze der Thermodynamik mit einer EG-Richtlinie zu umgehen?”

  1. Grazie di questo approfondito dettaglio sull’argomento “Idrogeno”, divenuto così di moda nell’ambito UE.

    Al riguardo segnalo un interessante articolo recente dell’amico Prof. Samuele Furfari sempre sul tema “Idrogeno” che potrebbe risultare utile a complemento di quanto ottimamente scritto dal Dr. Mario Rosato qui sopra:

    “https://www.latribune.fr/opinions/hydrogene-enieme-utopie-de-l-ue-ou-comment-se-chauffer-en-brulant-des-sacs-louis-vuitton-853316.html?utm_source=Energy+geopolitics&utm_campaign=9d8b65cbf5-EMAIL_CAMPAIGN_2020_07_22_04_39&utm_medium=email&utm_term=0_1fc3386348-9d8b65cbf5-413909217 “

  2. Penso che non ci sia da scomodare troppo la Termodinamica per rendere evidente che c’è un’azione di lobbying dietro questa nuova politica che supporta la diffusione dell’idrogeno.
    Avvenne negli anni ‘90 (ma anche prima negli anni ‘60 collegato col nucleare) ed ora si ripresenta. Per l’Italia sarà da acquistare tutta tecnologia straniera (da cui i notevoli fondi fornitici). Ma questo già vale per il settore del biogas. Si risolverà in un grande flop dovuti agli intrinseci alti costi (vedi auto elettrica).

    1. Sono d’accordo che c’è una certa confusione sull’idrogeno. Certamente ha la sua attrattiva come combustibile pulito, ma si tende a confonderlo con una fonte energetica, mentre non è che un vettore e non senza complicazioni tecniche nel suo stoccaggio. Quanto alle lobby, ce ne sono per tutte le energie e non ci vedo niente di male nel propugnare le proprie ragioni. Meno condivisibile trovo la preoccupazione per l’acquisto di tecnologia straniera, tanto più che proprio il settore del biogas sta a dimostrare che l’industria italiana ha saputo rafforzarsi in questo settore ed oggi i tre leader del settore sono tutti italiani e stanno consistentemente esportando tecnologia in tutto il mondo. Per non parlare del settore del gas naturale e del biometano, su cui l’Italia ha storicamente una chiara leadership.

  3. Sarebbe però opportuna una seria riflessione se siano davvero utilmente spesi (visto che vengono prelevati dalle Bollette dei consumatori elettrici) questo immane volume di risorse economiche per finanziare questo o quel settore opportunista , sulla base di un’ideologia (quella del clima che è stravolgente per chi volesse semplicemente approfondire il tema , esaminando proprio la storia del clima anche solo negli ultimi 2-3.000 Jahre!
    Forse è arrivata l’ora di darci un taglio nell’interesse di tutti e soprattutto dei consumatori elettrici che da molti anni pagano il balzello in Bolletta e questo continuerà almeno fino al 2032.

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