Progetto Integrato Tecnologie e usi finali dell'idrogeno (Progetto 1.3)

Il WP1 è dedicato allo sviluppo di tecnologie per la produzione di idrogeno sostenibile e allo studio del loro accoppiamento con fonti di energia rinnovabile.

Per quanto riguarda lo sviluppo di tecnologie di produzione, in continuità con le attività del triennio precedente, l'attenzione è posta su processi innovativi, alternativi alle opzioni al momento più mature (elettrolisi alcalina e PEM). Sono considerati sia processi di water splitting (elettrolisi, fotoelettrocatalisi, termolisi diretta), che processi che utilizzano feedstock carboniosi rinnovabili (biogas) o di recupero, in grado di combinare, in un’ottica di economia circolare, la produzione di idrogeno con servizi aggiuntivi, quali la gestione, il recupero o la valorizzazione di rifiuti di varia natura.

Relativamente all'alimentazione dei processi con fonti energetiche rinnovabili, oltre allo studio dell'accoppiamento di elettrolizzatori con impianti fotovoltaici, è prevista un'analisi sistematica dell'accoppiamento dei processi termo(elettro)chimici sviluppati nel progetto con impianti solari termici a concentrazione, in grado di fornire il calore e/o l'elettricità richiesta dal processo con continuità, grazie alla disponibilità di soluzioni per l'accumulo termico.

Le attività del WP sono completate da analisi di ciclo di vita applicate ad una selezione dei processi proposti.

ENEA contribuisce alle attività del WP1 attraverso lo sviluppo di tecnologie di produzione di idrogeno da biogas, tramite due processi innovativi: pirolisi in bagni fusi e reforming alimentato da calore solare. Inoltre, ENEA conduce un’analisi sistematica di tutti i processi di produzione studiati nel WP, al fine di valutare le migliori strategie di integrazione con fonti rinnovabili termiche e/o elettriche.

Le attività di ricerca previste nel WP2 hanno l’obiettivo di sviluppare tecnologie, metodologie e processi per l’accumulo e il trasporto dell’idrogeno, anche attraverso l’impiego di vettori organici liquidi (LOHC) e dell'ammoniaca, la diffusione di tecnologie power-to-gas (metanazione) e power-to-fuel (produzione di combustibili da fonti rinnovabili e CO₂), processi catalitici di idrogenazione su larga scala (produzione di dimetiletere). L’elevata domanda d’energia, unita alle problematiche connesse con l’emissione in atmosfera di gas ad effetto serra, impone l’adozione di fonti energetiche rinnovabili e lo sviluppo di efficienti sistemi per immagazzinare e distribuire energia pulita, garantendo una fornitura continua e una elevata resilienza al sistema energetico. In questo contesto, le attività di ricerca del WP2 intendono favorite la penetrazione dell’idrogeno verde e suoi derivati attraverso la promozione di nuovi materiali e processi basati sull’impiego di materie prime economiche e rispettose dell’ambiente, al consolidamento delle conoscenze sullo stoccaggio su larga scala e sul trasporto in sicurezza in blend con gas naturale. In prospettiva, la proposta progettuale può contribuire alla riconversione di alcuni settori industriali (es. raffinerie), ridurre l’impiego dei combustibili fossili (es. trasporti pesanti) e delle emissioni attraverso il riutilizzo della CO₂, favorendo al contempo il superamento degli attuali limiti di sviluppo della filiera idrogeno legati alla sostenibilità dei costi e la sicurezza di approvvigionamento.

ENEA partecipa alle attività del WP2 attraverso il suo cobeneficiario Sotacarbo S.p.A., con attività relative allo sviluppo di processi di idrogenazione catalitica della CO₂ per la produzione di combustibili rinnovabili.

Le attività del WP3 concorrono allo sviluppo di tecnologie, metodologie e processi per l'utilizzo finale dell'idrogeno e dei suoi vettori (ammoniaca e metanolo). L'attenzione è rivolta in particolare alla generazione di energia elettrica e ai settori hard-to-abate.

Il lavoro si articola su diverse linee tecnologiche: lo sviluppo di innovativi generatori a celle a combustibile, la realizzazione di sistemi ad alimentazione flessibile (come microturbine a miscele metano/idrogeno e ammoniaca/idrogeno), lo studio di sistemi di combustione MILD di miscele ammoniaca/idrogeno (inclusa l’analisi della sicurezza e del comportamento esplosivo) e l'indagine sull'uso del metanolo in ambito portuale.

L’elevata domanda energetica e la necessità di ridurre le emissioni di gas serra impongono l'adozione di rinnovabili e tecnologie per l'uso dell'idrogeno verde, per garantire fornitura continua e resilienza. In questo contesto, il WP3 intende favorire la penetrazione dell’idrogeno e dei suoi vettori promuovendo dispositivi a costi ridotti rispetto allo stato dell’arte (es. automazione nella produzione di celle a combustibile o impiego di tecnologie mature come le microturbine). In prospettiva, il progetto contribuirà alla decarbonizzazione dei settori industriali e portuali, superando gli attuali limiti logistici ed economici della filiera idrogeno.

Le attività ENEA nel WP3 si focalizzano sullo studio dell’alimentazione flessibile di turbine a gas.

Il WP4 è dedicato alle azioni di disseminazione e comunicazione dei risultati, oltre che al coordinamento delle attività di progetto.

Le attività di disseminazione e comunicazione sono svolte attraverso molteplici canali e sono progettate per raggiungere in modo efficace pubblici diversi per livello di conoscenza sui temi specifici del progetto, sia all’interno che all’esterno del gruppo dei partecipanti. Questo approccio consente di massimizzare l’impatto dei risultati ottenuti sia sulla comunità degli esperti del settore sia sulla cittadinanza e assicura al tempo stesso l’allineamento delle attività di ricerca del progetto con il rapido avanzamento delle tecnologie dell’idrogeno a livello nazionale e internazionale.

Le attività mirate agli esperti del settore esterni al gruppo dei partecipanti al progetto consistono principalmente nella pubblicazione di articoli scientifici su riviste e atti di convegno, oltre alla partecipazione a rilevanti conferenze scientifiche; inoltre, è prevista la partecipazione attiva a tavoli tecnici promossi da organizzazioni nazionali, europee e internazionali o agenzie intergovernative.

Le attività di comunicazione interna, che si svolgono principalmente attraverso workshop tra gli affidatari (organizzati con cadenza regolare e coinvolgendo, ove opportuno, rappresentanti dei cobeneficiari), costituiscono uno dei principali momenti di coordinamento e allineamento delle attività del progetto, di verifica dello stato di avanzamento e di definizione di contromisure nel caso di deviazioni dal programma di lavoro.