Energia
L’altro combustibile a idrogeno – Le 5 migliori azioni di ammoniaca verde
Aggiungi Securities.io alle tue fonti preferite su Google
La ricerca per sostituire i combustibili liquidi
As renewable energies progress, some limitations are becoming clearer. The intermittency of renewables requires the presence of energy storage. This could be in the form of batteries, as we explored in our article “Il futuro dello stoccaggio di energia – Batterie su scala di utilità”.
Tuttavia, alcune forme di consumo energetico sono molto resistenti all’elettrificazione. Per esempio, il trasporto marittimo a lunga distanza o il trasporto aereo di merci.
Anche il settore dei camion finora non è riuscito a passare ai veicoli elettrici, a causa del peso delle batterie richieste; così come delle limitazioni nella capacità di produzione delle batterie, che ha ritardato per molti anni il Tesla (TSLA ) Semi.
In gran parte, queste limitazioni derivano dal fatto che benzina/diesel/cherosene sono estremamente densi di energia, molto più dei migliori batterie.
Quindi l’idea di un combustibile liquido che possa essere un’alternativa ai prodotti petroliferi è molto attraente. Un’idea sono i biocarburanti, che essenzialmente producono lo stesso prodotto del combustibile fossile, ma da fonti rinnovabili. È un’altra idea che abbiamo esplorato nel nostro articolo “Biocarburante algale: La prossima rivoluzione energetica?”.
Un’altra idea è utilizzare l’atomo più abbondante nell’universo, l’idrogeno, per immagazzinare energia. Tuttavia, l’idrogeno gassoso presenta alcune limitazioni, dalle difficoltà di produrlo economicamente, ai costi energetici di liquefazione, trasporto e stoccaggio.
Hydrogen atoms do not need to be in the form of H2 gas to be storing energy. Another extremely abundant element, nitrogen, forming 4/5th of our atmosphere, can help.
L’ammoniaca come vettore energetico
Chimica semplice
Ammonia, or NH3, is a fertilizer and can be burned or oxidized to produce nitrogen and water.
NH3 +O2 → N2 + H2O
Quindi è in qualche modo simile alla combustione dell’idrogeno, in quanto produce solo sottoprodotti innocui, almeno in condizioni ideali (più avanti).
La differenza rispetto all’idrogeno è che l’ammoniaca è una molecola molto più grande rispetto a H2, ed è anche molto più stabile. Questo rende il suo trasporto e stoccaggio molto più facili. L’ammoniaca è anche quasi il 50% più densa di energia rispetto all’idrogeno liquido.
La liquefazione dell’idrogeno spreca il 44,7% dell’energia contenuta, poiché richiede il raffreddamento a -253°C (-423°F). Mantenerlo liquido porta a ulteriori perdite, che aumentano con la durata dello stoccaggio, potenzialmente fino al 79% di perdite per lo stoccaggio stagionale.
“L’ammoniaca, d’altra parte, può essere liquefatta sia raffreddandola al di sotto di -33°C (a pressione atmosferica) sia pressurizzandola sopra 7,5 bar (a 20°C) — condizioni molto più realizzabili rispetto a quelle richieste per l’idrogeno. Questo processo può raggiungere un’efficienza vicina al 99%”.
Infrastruttura esistente
L’ammoniaca non è una sostanza chimica prodotta raramente, essendo un componente chiave nella produzione di fertilizzanti, ma anche di materie plastiche ed esplosivi. Ciò significa che esiste già un’industria e una catena di approvvigionamento per la produzione di massa di ammoniaca, sebbene al momento dipendente in parte dai combustibili fossili. Inoltre, è un processo ben compreso ed efficiente. Complessivamente, l’ammoniaca è la seconda sostanza chimica più prodotta al mondo.
Idealmente, un’economia basata sull’ammoniaca farebbe affidamento sull’ammoniaca verde, generata da energia rinnovabile. Questo la distingue da altri tipi di ammoniaca:
- Ammoniaca grigia/marrone: prodotta da combustibili fossili.
- Ammoniaca blu: prodotta da combustibili fossili, ma con cattura del carbonio.
- Ammoniaca rosa (a volte chiamata anche ammoniaca gialla): prodotta da energia nucleare.
- Ammoniaca turchese: prodotta dalla pirolisi del metano. Questo scompone il metano in idrogeno e carbonio solido, con l’idrogeno successivamente convertito in ammoniaca. Il carbonio solido può essere immagazzinato o usato per applicazioni come le fibre di carbonio.
E sebbene sia molto meno esteso della rete dei combustibili fossili, negli Stati Uniti esistono almeno 5.000 km (3.100 miglia) di condotte per l’ammoniaca (e 490.000 km di condotte di gas naturale ad alta pressione). Poiché l’ammoniaca è non corrosiva e non danneggia le tubazioni in acciaio come l’idrogeno (“fragilizzazione”), nuove condotte potrebbero essere relativamente poco costose.
Ciò richiederebbe comunque enormi investimenti sia nella capacità di produzione sia nelle condotte. Per sostituire solo la metà del consumo globale di gas naturale sarebbe necessario moltiplicare per 20 la produzione globale di ammoniaca.
A seconda della soluzione esatta adottata, l’ammoniaca potrebbe funzionare come sistema di stoccaggio e trasferimento di energia con un’efficienza (energia restituita) compresa tra 84% e 38%.
Le limitazioni dell’ammoniaca
Il problema dell’uso diretto dell’ammoniaca per l’energia è che la combustione raramente è un processo perfettamente efficiente. Quando l’ammoniaca viene bruciata in modo imparziale, produce gas NOx, che sono tossici, oltre a gas serra (300 volte più potenti del CO2).
Sono state proposte diverse soluzioni, tra cui:
- Bruciare ammoniaca verde in una miscela di carburante, in combinazione con combustibili fossili.
- Bruciare ammoniaca verde in una miscela di carburante, in combinazione con idrogeno.
- Convertire l’ammoniaca liquida in idrogeno compresso direttamente sul sito di stoccaggio, e su richiesta, come in una stazione di rifornimento. Un processo chiamato “cracking”.
- Utilizzare celle a combustibile dedicate, come per l’idrogeno, per generare direttamente elettricità e alimentare un motore elettrico.
- Usare catalizzatori per distruggere i NOx prima che vengano rilasciati. Questo potrebbe causare alcuni problemi poiché questi catalizzatori sono spesso metalli estremamente costosi come Palladio, Platino e Rodio, già utilizzati per ridurre le emissioni di NOx nei veicoli alimentati da combustibili fossili. Una combustione basata esclusivamente sull’ammoniaca richiederebbe molto più di questi.
Poiché i NOx sono potenti gas serra, assicurarsi che non li vediamo sostituire il CO2 è fondamentale per giustificare la transizione verso un’economia dell’ammoniaca.
L’ammoniaca come vettore di idrogeno
Come accennato sopra, l’ammoniaca (NH3) può essere “cracked” nuovamente in azoto (N2) e idrogeno (H2). Ciò significa che anche se il problema delle emissioni di NOx si dimostra irrisolvibile, esiste ancora il potenziale per un’economia dell’ammoniaca.
In questo contesto, l’ammoniaca è usata direttamente per lo stoccaggio, il trasporto, oltre a qualche applicazione di nicchia. Viene trasformata in idrogeno in forma gassosa (anche se compressa) per alimentare veicoli tramite combustione diretta o celle a combustibile.
Ciò consente all’economia decarbonizzata di godere di alcuni vantaggi chiave delle caratteristiche fisiche e chimiche dell’ammoniaca:
- Minori perdite energetiche durante la produzione del combustibile liquido, pur utilizzando energia verde.
- L’energia rinnovabile a basso costo durante i periodi di sovrapproduzione (sole intenso e vento) può essere usata per ridurre i costi complessivi di produzione del carburante.
- La possibilità di stoccaggio plurimensile, che consente resilienza nel sistema energetico, è quasi indispensabile per la mobilità. Per esempio, un uragano che colpisce la rete elettrica non fermerebbe la catena di approvvigionamento, le ambulanze e le auto, come potrebbe accadere in un sistema totalmente basato su veicoli elettrici.
- Il stoccaggio plurimensile consente anche di trasformare la produzione in eccesso nei mesi soleggiati o ventosi in approvvigionamento di carburante per i mesi con minore produzione di energia rinnovabile.
Quindi è possibile che parlare di un’economia basata sull’ammoniaca o sull’idrogeno possa essere un po’ fuorviante.
Uno scenario più probabile è un’economia mista ammoniaca-idrogeno, con ciascuna tecnologia sfruttata per eccellere nei propri punti di forza:
- Ammoniaca per il trasporto, lo stoccaggio a lungo termine e per “assorbire” l’energia in eccesso dei giorni soleggiati o ventosi.
- Idrogeno per il consumo diretto, lo stoccaggio a breve termine e applicazioni che richiedono output energetico rapido e elevato, come la produzione di acciaio o i motori a reazione.
Questo è uno scenario in cui anche gli impianti nucleari potrebbero svolgere un ruolo nella decarbonizzazione, anche senza una massiccia adozione di veicoli elettrici, grazie all'”ammoniaca rosa” che fornisce una fonte di combustibile liquido a bassa emissione di carbonio.
Il percorso verso un’economia dell’ammoniaca
La roadmap per l’adozione dell’ammoniaca è un po’ più difficile da determinare. Alcune ricerche stimano che un’economia guidata dall’ammoniaca, usando la produzione di massa di ammoniaca verde (2nd generazione), sia improbabile prima del 2030.
In questo scenario, una produzione di ammoniaca più efficiente basata su elettroreduzione diretta (3rd generazione) prenderà il sopravvento solo alla fine del 2030, a causa del fatto che la tecnologia è attualmente nelle sue fasi iniziali, soprattutto per gli elettrocatalizzatori.
Fonte: Science Direct
Nel complesso, ci sono grandi speranze per la crescita dell’ammoniaca verde, con alcune stime che considerano il mercato attuale da 300 M$ che potrebbe trasformarsi in un enorme mercato da 17,9 B$, o un sorprendente CAGR del 72,9% entro il 2030.
Le 5 migliori azioni di ammoniaca verde
Questa lista si concentra su aziende di ammoniaca verde o idrogeno verde. Ma i leader attuali nella generazione di ammoniaca, come ad esempio CF Industries Holdings, Inc. (CF ) (CF) o Yara International ASA (YAR.OL) probabilmente passeranno all’ammoniaca verde a tempo debito e potrebbero essere un’opzione altrettanto.
1. Aker Horizons ASA (AKH.OL)
Aker Horizon è la controllata del gruppo Aker incentrata sull’energia verde. Il gruppo è un importante conglomerato norvegese, con un focus su energie rinnovabili e attività marine/offshore.
Fonte: Aker
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 il trasporto marittimo artico.
Fonte: Aker
Quindi Aker non è una società puramente di ammoniaca verde, ma 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 Emirati Arabi Uniti).
Questo la rende una buona azione per gli investitori che cercano esposizione al settore dell’energia verde in generale, con una forte posizione sull’ammoniaca verde, ma anche su altre energie verdi, e una certa diversificazione geografica.
2. Plug Power Inc. (PLUG)
Plug Power (PLUG ) è un leader nell’idrogeno verde, con un focus sulle celle a combustibile. In particolare, le sue celle 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.
Fonte: Plug Power
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.
Fonte: Plug Power
A causa di ingenti investimenti per aumentare la capacità produttiva di 19 volte dal 2020, l’azienda non è ancora redditizia. Questo ha portato quasi a raddoppiare i ricavi dall’inizio alla fine del 2023. La maggior parte del business attuale e previsto dovrebbe provenire dal Nord America.
L’azienda vede la sua soluzione come un combustibile di mobilità diretto, o come complemento ai veicoli elettrici, poiché l’idrogeno consente di ridurre la pressione sulla rete dovuta alla ricarica di picco dei veicoli elettrici, non allineata ai tempi di produzione delle rinnovabili durante il giorno.
Fonte: Plug Power
Come importante produttore di celle a combustibile, Plug Power trarrebbe grandi benefici da una svolta verso un’economia basata su idrogeno/ammoniaca. Sebbene non sia direttamente attiva nella produzione di ammoniaca, l’azienda si concentra principalmente sulla produzione di idrogeno verde (necessario per la produzione di ammoniaca verde) e sulle celle a combustibile, entrambi componenti che rimarrebbero molto richiesti nel caso in cui l’idrogeno da solo non funzionasse.
Quindi questo rende Plug Power una buona azione su cui scommettere per una svolta verso l’idrogeno in generale, con o senza ammoniaca. Se la limitazione dell’idrogeno riguardo a logistica e stoccaggio si rivelasse insormontabile, trarrebbe comunque profitto da un’economia idrogeno+ammoniaca.
3. Ballard Power Systems Inc. (BLDP)
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%).
Le celle a combustibile per i camion dovrebbero continuare a crescere e rappresentare un mercato da 7,5 Mrd nel 2030 (da un TAM di 195 Mrd), quasi grande quanto tutte le altre applicazioni di idrogeno/celle a combustibile messe insieme.
Fonte: Ballard
A causa della maggiore potenza richiesta e della necessità di ricarica rapida, i veicoli pesanti sono stati una buona scelta per l’idrogeno e le celle a combustibile rispetto a veicoli più leggeri come le auto. Riduce inoltre la necessità di cavi aeree per le ferrovie e di ricariche rapide per il trasporto a lunga distanza.
Fonte: Ballard
L’azienda non è estranea all’ammoniaca, ad esempio un contratto recente con Amogy per fornirle 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 i mercati automobilistici, 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. FuelPositive Corporation (NHHHF)
FuelPositive ha creato un sistema modulare/containerizzato di generazione di ammoniaca verde. Il suo primo obiettivo è il settore agricolo, consentendo la produzione di ammoniaca in loco con energia prodotta localmente. Il sistema può generare fino a 300 kg/giorno, 100 tonnellate all’anno di ammoniaca per CA$950.000.
Fonte: Fuel Positive
Questo lo rende un sistema adatto a fattorie fino a 1.800 acri. Con appena 1,5 acri di terreno coperti da pannelli solari è sufficiente per alimentare la generazione di ammoniaca.
Fonte: Fuel Positive
FuelPositive afferma che il suo sistema può produrre ammoniaca per CA$560/ton, in linea con il prezzo storico e, soprattutto, proteggere gli agricoltori dall’estrema volatilità dei prezzi che hanno sperimentato negli ultimi anni, con l’ammoniaca che è salita a $1350/ton in un certo momento.
Fonte: BusinessAnalitIQ
La start-up è in una fase iniziale, con la produzione su larga scala prevista per il 2025, e 30 ordini confermati finora, con la prima consegna prevista per marzo 2024.
Il punto di forza principale di FuelPositive è la modularità della sua tecnologia, che consente un approccio più distribuito e una produzione di massa standardizzata del suo modulo di generazione di ammoniaca.
L’azienda sta costruendo una partnership con Cipher Neutron, che può produrre idrogeno senza alcun metallo del gruppo del platino.
Mentre l’obiettivo principale è la produzione di fertilizzanti, l’ammoniaca potrebbe essere usata per alimentare i motori agricoli con energia prodotta in loco, a seconda della velocità di adozione di attrezzi agricoli alimentati a ammoniaca/idrogeno.
La natura decentralizzata e modulare dei sistemi FuelPositive potrebbe anche renderli un elemento chiave di una futura economia dell’ammoniaca. Il mercato dei fertilizzanti può fornire il margine per la crescita dell’azienda fino a quando l’uso di idrogeno e ammoniaca non diventerà più diffuso.
5. AmmPower Corp. (AMMPF)
AmmPower è simile a FuelPositive in quanto fornisce sistemi modulari di generazione di ammoniaca, ma su scala più ampia, con il suo modulo base in grado di produrre 4 tonnellate/giorno. Questo colloca l’azienda più nel campo di enormi fattorie (10.000+ acri) o operazioni industriali come tessuti, refrigerazione, estrazione, prodotti farmaceutici o semiconduttori.
Fonte: AmmPower
L’azienda è in fase di costruzione del suo portafoglio ordini, con un potenziale di prenotazione a breve termine stimato in $30 M, e prospettive di vendita per 690 unità provenienti da 52 paesi.
L’azienda stima che il costo dell’elettricità sia circa $360/ton di ammoniaca.
La modularità del sistema consente una rapida consegna, con meno di un anno rispetto ai 3‑4 anni dei progetti simili senza l’approccio modulare.
Sta inoltre lavorando a una tecnologia per trasformare i rifiuti in ammoniaca, in una joint venture con CTEC Energy Sales USA.
Per favorire il progresso dell’ammoniaca verso un’economia idrogeno-ammoniaca, sta creando una controllata dedicata al cracking dell’ammoniaca in idrogeno, che cercherà finanziamenti aggiuntivi separatamente.
Raggiungendo la scala che potrebbe adattarsi alla maggior parte degli usi industriali, così come a fattorie molto grandi, AmmPower punta a clienti e aziende con un accesso più profondo al capitale rispetto alla maggior parte. In combinazione con la tecnologia di cracking dell’ammoniaca, ciò potrebbe consentirle di scalare rapidamente in seguito a politiche volte a promuovere lo sviluppo dell’idrogeno come vettore energetico.
