L’idrogeno verde pronto a sostituire quello grigio grazie ai nuovi elettrocatalizzatori che rendono la produzione conveniente

Idrogeno più economico e più verde

Green hydrogen is the idea of producing hydrogen as a fuel from renewable energy sources, making it an alternative to fossil fuels. However, producing hydrogen through electrolysis requires expensive and rare metals of the platinum family.

I ricercatori coreani Pr. Jungki Ryu della School of Energy and Chemical Engineering presso UNIST e Pr. Dong-Hwa Seo del Department of Materials Science and Engineering presso KAIST hanno scoperto un nuovo tipo di catalizzatore, il ruthenio, per evitare l’uso di platino o iridio.

Più precisamente, si basa su una lega molto più economica e meno dannosa per l’ambiente composta da ruthenio, silicio e tungsteno (RuSiW).

L’arcobaleno dell’idrogeno

Hydrogen is the most abundant atom in the universe but is not easily found as a fuel on Earth.

Attualmente, la maggior parte dell’idrogeno prodotto è il cosiddetto “idrogeno grigio”, ottenuto dall’utilizzo di metano (gas naturale), che emette molta carbonio nell’atmosfera. Questo è solo uno dei possibili “colori” dell’idrogeno:

• Idrogeno grigio/marrone: prodotto da combustibili fossili.
• Idrogeno blu: prodotto da combustibili fossili, ma con cattura del carbonio.
• Idrogeno rosa (a volte chiamato anche idrogeno giallo): prodotto dall’energia nucleare.
• Idrogeno turchese: prodotto dalla pirolisi del metano. Questo scompone il metano in idrogeno e carbonio solido. Il carbonio solido può essere immagazzinato o utilizzato per applicazioni come le fibre di carbonio.
• Idrogeno verde: prodotto da energia rinnovabile.

L’idrogeno verde è la situazione ideale e un obiettivo per la maggior parte delle persone attente al clima. La sua produzione dipende da un processo chiamato elettrolisi, che scompone le molecole d’acqua in idrogeno gassoso e ossigeno. Si tratta di un processo piuttosto energivoro, che dipende anche da elementi catalitici del gruppo del platino.

La ricerca dell’idrogeno verde

Green hydrogen is an important part of the puzzle to decarbonize the economy, as it can fill applications that electricity alone cannot. For example, it can reduce by 95% the carbon emissions from traditional steel-making processes. Steel manufacturing represents 11% of global emissions. It can also be used by fuel cells to power the engines of cars, trucks, and boats.

Potrebbe anche essere usato direttamente per lo stoccaggio di energia o per produrre ammoniaca, un buon candidato per il carburante di spedizione a lunga distanza o per lo stoccaggio di energia a lungo termine, qualcosa di cui abbiamo discusso nel nostro articolo “The Other Hydrogen Fuel – Top 5 Green Ammonia Stocks”.

È noto da tempo che il ruthenio potrebbe fornire un’alternativa al platino, ma ha sofferto di limitazioni:

• attività catalitica inferiore rispetto al platino.
• stabilità inferiore rispetto all’iridio.

Questa recente scoperta ha rilevato che la presenza di silicio intorno all’atomo di ruthenio aumenta l’intensità di assorbimento di H+ sulla superficie del catalizzatore.
La stabilità è aumentata da un sottile film di tungsteno con uno spessore di 5~10 nm che protegge il sito catalitico del ruthenio. Questa è la stessa tipologia di tecnica utilizzata nella produzione di semiconduttori, dove il tungsteno in forma gassosa viene depositato in uno strato molto sottile sul chip di silicio.

Settori che ne trarranno beneficio

Rendendo la produzione di idrogeno verde più economica e più ecologica, questa scoperta potrebbe rappresentare una spinta per molteplici settori:

• Produttori di celle a combustibile, i cui costi dei motori beneficeranno di carburante più economico.
• Produttori di idrogeno verde, potrebbero vedere margini più ampi e vedere l’idrogeno guadagnare quote di mercato nei mercati energetici.
• Produttori di ammoniaca verde. Non solo avranno accesso a idrogeno più economico per la produzione di ammoniaca, ma l’adozione su larga scala dell’ammoniaca richiede catalizzatori per ridurre gas tossici e “super gas serra” NOx. Questo solitamente richiede anche il platino, ma forse il RuSiW potrebbe svolgere anche qui il ruolo?
• Il settore delle energie rinnovabili, poiché la produzione di idrogeno verde su larga scala fornirà una valvola di sfogo per l’energia “in eccesso” durante periodi di forte sole o vento.

Aziende che ne trarranno beneficio

1. Aker Horizons ASA

Aker Horizon è la controllata del gruppo Aker focalizzata sull’energia verde. Il gruppo è un importante conglomerato norvegese, con un focus su energie rinnovabili e attività marine/offshore. Aker Horizon è la holding di diverse controllate, tra cui cattura del carbonio, idrogeno verde e energie rinnovabili.

Fonte: Aker

L’azienda è particolarmente attiva nella generazione di idrogeno e ammoniaca verde, con l’obiettivo di decarbonizzare la navigazione artica, sostituendo i combustibili fossili con carburanti a base di idrogeno.

Fonte: Aker

Quindi Aker è in una posizione privilegiata per beneficiare di una riduzione dei costi nella generazione di idrogeno verde. Può gestire l’intera integrazione verticale dell’ammoniaca verde, dalle turbine eoliche offshore alla generazione di idrogeno fino alla produzione di ammoniaca verde.

Sta inoltre lavorando a progetti come il waste-to-energy in Francia, un impianto di biomassa in Germania e la cattura del carbonio in Medio Oriente (Arabia Saudita e UAE).

Questo la rende un’azione interessante per gli investitori che cercano esposizione al settore dell’energia verde in generale, con una forte posizione nell’idrogeno verde e nell’ammoniaca verde, ma anche in altre energie verdi, e una certa diversificazione geografica.

2. Plug Power Inc.

Plug Power (PLUG ) è un leader nell’idrogeno verde, con un focus sulle celle a combustibile. In particolare, le sue celle a combustibile alimentano oltre 40.000 carrelli elevatori, con ricavi aumentati di 8 volte dal 2013. È anche attiva nella costruzione di infrastrutture per l’idrogeno, come produzione di idrogeno, logistica, generazione di energia su scala di utilità e consegne.

L’azienda punta a scalare per ridurre i costi di produzione da $10/kg a $4/kg, moltiplicando la produzione di 14 volte entro il 2027. Naturalmente, nuove tecnologie che evitano l’uso del platino per l’elettrolisi sarebbero di aiuto.

Fonte: Plug Power

Grazie a massicci investimenti per aumentare la capacità produttiva di 19 volte dal 2020, l’azienda non è ancora redditizia. Questo ha portato a quasi raddoppiare i ricavi dall’inizio alla fine del 2023.

La maggior parte del business attuale e previsto dovrebbe provenire dal Nord America. Le acquisizioni strategiche dell’azienda, come quelle di United Hydrogen e Giner ELX, hanno ulteriormente rafforzato la sua posizione nell’economia dell’idrogeno migliorando le capacità di generazione, liquefazione e distribuzione dell’idrogeno.

L’azienda vede la sua soluzione sia come carburante diretto per la mobilità, sia come complemento ai veicoli elettrici, poiché l’idrogeno consente di ridurre la pressione sulla rete dovuta alla ricarica di picco dei veicoli elettrici, non sincronizzata con i tempi di produzione delle energie rinnovabili durante il giorno.

Fonte: Plug Power

Come importante produttore di celle a combustibile, Plug Power trarrebbe grandi benefici da una transizione verso un’economia basata su idrogeno/ammoniaca. Questo rende Plug Power un’azione interessante su cui puntare per una svolta verso l’idrogeno in generale, con o senza ammoniaca. L’attenzione ai costi e alla scala è anche lodevole.

3. Ballard Power Systems Inc.

Ballard è un altro produttore di celle a combustibile e un pioniere della tecnologia, con il suo primo autobus a celle a combustibile nel 1993.

L’azienda è focalizzata sui mercati dei veicoli pesanti: autobus, camion, treni/tram, navi, miniere/costruzioni e energia. Sebbene gli autobus siano stati il fulcro del business, l’azienda prevede che entro il 2025 i camion diventeranno un segmento commerciale importante. Prevede inoltre che l’Europa rimanga il suo mercato principale (50-60%), seguita dal Nord America (25%).

Si prevede che le celle a combustibile per camion continueranno a crescere, rappresentando un mercato da 7,5 miliardi di dollari nel 2030 (da un TAM di 195 miliardi di dollari), quasi pari a tutte le altre applicazioni di idrogeno/celle a combustibile messe insieme. Questa crescita potrebbe accelerare se i prezzi di produzione dell’idrogeno diminuissero grazie a nuove tecnologie.

Fonte: Ballard

A causa della maggiore potenza richiesta e della necessità di ricarica rapida, i veicoli pesanti sono stati un mercato favorevole per l’idrogeno e le celle a combustibile rispetto a veicoli più leggeri come le auto. Riduce inoltre la necessità di cavi a catena per ferrovie e filobus, e di ricariche rapide per il trasporto a lunga distanza.

Fonte: Ballard

L’azienda non è estranea all’ammoniaca, ad esempio con un recente contratto recente con Amogy per fornire celle a combustibile per la sua “piattaforma ammonia-to-power” che si basa su una tecnologia unica di cracking dell’ammoniaca.

Mentre i veicoli elettrici hanno una buona possibilità di conquistare rapidamente il mercato delle auto, i veicoli più pesanti sono più difficili da decarbonizzare. Con la sua leadership consolidata nel settore, Ballard sarebbe un principale beneficiario di una spinta politica verso un’economia dell’idrogeno.

4. Seaborg

Seabord è un’azienda danese che sviluppa un reattore nucleare a sale fuso compatto, che è anche una centrale elettrica galleggiante fino a 800 MW.

Fonte: Seaborg

Il design marino dei reattori nucleari Seaborg lo rende adatto per le nazioni costiere, con discussioni avviate con Indonesia e Norvegia.

Seaborg sta inoltre collaborando con il leader globale nella costruzione navale Samsung Heavy Industries per sviluppare centrali nucleari galleggianti combinate con impianti di idrogeno e ammoniaca.

Sebbene spesso preferito dalle politiche verdi e dagli attivisti, non è necessario che l’idrogeno sia prodotto con elettricità verde per ridurre le emissioni di carbonio, basta che l’energia provenga da una fonte a bassa emissione di carbonio. Quindi il nucleare è un’opzione valida.

Pertanto, Seaborg potrebbe diventare una parte integrante di un’economia dell’idrogeno e dell’ammoniaca guidata dal nucleare. Inoltre, la facilità di installazione e di spostamento dei reattori nucleari potrebbe essere un’ottima opzione per fornire idrogeno ai porti.

Potrebbero persino ruotare in base alla domanda stagionale, ad esempio rimanendo nell’emisfero settentrionale in inverno (quando la produzione rinnovabile è bassa) e spostandosi in altre località per il resto dell’anno.

5. Bloom Energy

Il co-fondatore di Bloom ha costruito la prima cella a combustibile a idrogeno negli anni ’60 per il progetto Gemini ed è stato anche un pioniere dell’elettrolisi negli anni ’80.

L’azienda ha installato 1 GW di soluzioni di generazione di energia primaria in loco per centinaia di clienti, con il 95% di tutte le celle a combustibile stazionarie installate negli USA dal 2018 che sono Bloom Energy (BE ) Servers.

Fonte: Bloom Energy

Bloom si è concentrata su siti industriali, data center, ospedali, centri commerciali e altre grandi strutture, insieme al dispiegamento di microgrid. Sta inoltre lavorando allo sviluppo di celle a combustibile per la navigazione marittima.

Bloom ricava la maggior parte dei suoi ricavi dalla vendita di celle a combustibile ed elettrolizzatori, rappresentando il 75% del fatturato totale, con i 2/3 delle vendite negli USA.

Gli elettrolizzatori dell’azienda utilizzano la tecnologia a ossido solido, che produce il 20-25% più idrogeno per megawatt (MW) rispetto a metodi più vecchi come la membrana a elettrolita protonico (PEM).

Fonte: Bloom Energy

In qualità di leader nei sistemi di celle a combustibile per grandi strutture, Bloom dovrebbe beneficiare della produzione di idrogeno a basso costo, anche se l’emergere di catalizzatori per elettrolisi più economici e non a base di platino potrebbe rappresentare una minaccia per gli elettrolizzatori a ossido solido che offre.