Post on 01-May-2015
Capitolo 1: Panorama sull’economia
dell’idrogeno
In questo capitolo è descritto un breve panorama su1. Offerta e domanda di energia nel mondo,
2. Riserve mondiali di energia, 3. Sviluppo dell’energia rinnovabile in Europa, 4. Problemi ambientali come la sfida globale alla CO2,
effetto dei gas-serra e inquinamento locale dell’aria. E si fornisce una prospettiva sulle possibili soluzioni: 5. Reduction
of Demand before Supply and 6. Hydrogen Economy: Visions, System Components, Benefits and Challenges
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Schema
1. Disponibilità e Fabbisogno di Energia nel mondo in base ai Settori degli Usi finali, alle Regioni e ai Combustibili.
2. Riserve di energia nel mondo.3. Sviluppo dell’energia rinnovabile in Europa.4. Problemi ambientali:
Sfida Globale della CO2: Rischi, Emissioni, Effetto dei Gas Serra.
Inquinamento locale dell’aria.5. Prima soluzione: Riduzione del fabbisogno prima della
Fornitura.6. Economia dell’idrogeno: Previsioni, Componenti del
Sistema, Benefici e Sfide. Aspetti socio economici. Aspetti ambientali.
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# 1: Disponibilità e Fabbisogno di Energia nel Mondo in base ai settori degli Usi Finali, alle Regioni e ai Combustibili
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Energia Primaria Globale tra il 1850 e il 2000 e le tecnologie
Fonte : Nakicenovic 2006B
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Fornitura di energia primaria nel mondo per Regione (1971-2030)
Fonte : IEA 2006I
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Consumi mondiali di energia distribuita per Usi Finali (2003-2030)
Fonte : EIA (US) 2006I
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Utilizzo di Energia Primaria per tipologia di combustibile (1980-2030)
Fonte : EIA (US) 2006I
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Consumi mondiali per la generazione di energia elettrica per tipo di combustibile (2003, 2015, and 2030)
Fonte : EIA (US) 2006I
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# 2: Riserve di energia nel mondo
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Categorie delle Riserve di Energia
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Utilizzo e Riserve di energia primaria nel mondo (2001)
Fonte : Updated from WEA 2000
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Evoluzione del Consumo Globale di Energia Primaria
Fonte : Nakicenovic 2006I
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Radiazione solare e riserve fossili in confronto con il fabbisogno annuale mondiale
Fonte : Greenpeace
World Resources:
Gas
Oil
Coal
UraniumWorld Energy Demand/year
Solar Radiation on earth/ year
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# 3 Sviluppo dell’energia rinnovabile in Europa
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Sviluppo della Produzione di Energia Primaria da Rinnovabili in Europa (in %)
Fonte : STATE OF RENEWABLE ENERGIES IN EUROPE – 2006
EurObserv'ER B
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Sviluppo della Produzione di Energia Elettrica da Rinnovabili in Europa (in %)
Fonte : STATE OF RENEWABLE ENERGIES IN EUROPE – 2006
EurObserv'ER B
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# 4: Problemi ambientali: - Sfida Globale della CO2: Rischi, Emissioni,Effetto dei Gas-Serra- Inquinamento locale dell’aria
Part 11 Parte
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Cambiamenti climatici osservati: Temperatura della superficie, Livello del mare e copertura dei ghiacci
Fonte : IPCC 2007I
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Impatto del Cambiamento Climatico
Fonte : Stern 2006I
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Riscaldamento Globale – milioni di persone a rischio nel 2080
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Fonti attuali di emissioni di gas – serra
Fonte : IEA 2004
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Che cos’è un gas - serra
Gas atmosferici che provocano il riscaldamento globale e il cambiamento del climaI principali: anidride carbonica(CO2), metano (CH4) and ossidi di azoto (N20)Meno presenti – ma nocivi - idrofluorocarburi (HFCs), perfluorocarburi (PFCs) e esafluoruro di zolfo (SF6)Fonte: UNFCC
www.eo.ucar.edu/kids/green/warming4.htm
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Che cos’è l’effetto dei gas serra?
Source: UNFCC 2006
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http://vitalgraphics.net/graphic.cfm?filename=climate2/large/9.jpg
Permanenza dei gas serra e cause antropogeniche
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Tecnologie per la riduzione della CO2
Esempio di una serie di azioni
Fonte : ExxonMobil on 22 October 2004I
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Problemi sull’inquinamento locale dell’aria legati all’utilizzo di combustibili fossili
1.Acidificazione.2.Smog fotochimico.3.Polveri e particolato (PM10).
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AcidificazioneL’acidificazione è il processo a causa del quale l’inquinamento dell’aria (principalmente ammoniaca, biossido di zolfo e ossidi di azoto) viene convertito in sostanze acide. Questa pioggia acida causa danni a foreste e laghi e aiuta a rilasciare metalli pesanti nelle acque di falda.
Fonte : Scottish Environment Protection Agency (www.sepa.org.uk)
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Smog fotochimicoE’ un tipo di inquinamento dell’aria che si produce quando la luce solare agisce sui gas esausti dei motori dei veicoli e forma sostanze nocive come l’ozono (O3), aldeidi e peroxiacetilnitrato (PAN).
Fonte : www.eco.pref.mie.jp
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Polveri e particolato (PM10)• Il particolato è la somma di tutte le particelle sospese in aria,
molte delle quali sono pericolose.• Tale particolato varia decisamente nella misura e nella
composizione che determinano gli effetti sulla salute dell’uomo.
• Lo standard PM10 (particelle che misurano 10µm o meno) è stato definito per indicare quelle particelle facilmente assimilabili per inalazione dal copro umano, e il PM10 è diventata una misura per il particolato in atmosfera generalmente accettata in Europa.
• La fonte principale dei PM10 sono i trasporti su strada (tutti i mezzi per trasporti su strada emettono PM10, ma i veicoli diesel emettono una gran massa di particolato per chiloetro percorso), produzione stazionaria (la combustione del carbone per uso domestico è stata tradizionalmente la maggiore fonte di emissioni di particolato) e i processi industriali (inclusi movimentazione merci, costruzioni, attività minerarie ed estrattive).
Fonte: NAEI (www.naei.org.uk) B
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Tecnologie per il controllo dei probelmi locali dell’aria in relazione ai combustibili fossili1. Trattamento degli scarichi sugli impianti di
generazione e sui veicoli.2. Aumentare l’efficienza degli impianti di
produzione e dei veicoli.3. Sostituzione dei combustibili fossili nelo
stazionario e nei trasporti con combustibili più puliti, possibilmente senza emissioni di carbonio e rinnovabili.
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# 5: Prima soluzione: Riduzione del fabbisogno prima della fornitura!
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Prima di tutto Risparmio ed Efficienza Energetica! Anche per l’economia all’idrogeno
Principio progettuale di base per tutti i sistemi di fornitura di energia:1. Passo: Riduzione della domanda di energia.2. Passo: Fornitura efficiente per il fabbisogno rimanente.
In generale: ogni progetto dovrebbe prima di tutto mirato a tutte le possibili riduzioni sul fabbisogno. Dopodiché la domanda rimanente dovrebbe essere coperta nel modo più efficiente possibile. Specialmente se si utilizzano fonti rinnovabili.Approccio e requisiti:• Acquisire una buona conoscenza circa la “vera” domanda (ridotta).• Questo richiede buone capacità ingegneristiche e una pianificazione
più dettagliata – meno delle addizionali di security surcharge.• Progetto di sistema distinto dalla progettazione del componente.• E: La domanda dipende dall’informazione e dal costo: es. la misura e la
contabilizzazione di consumi => Bolletta in base al consumo!.• Nuova filosofia di progetto: da “..il più grande il migliore“ a “„il più
efficiente il migliore”.
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Potenziale della riduzione di emissioni di CO2 per settori e regioni
Fonte: IEA WEO `04 B
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Grafico Costi per la Riduzione Globale di CO2 al 2030 (oltre al business attuale)
Fonte: Vattenfall 2007I
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# 6: Economia dell’idrogeno: Previsioni, Componenti del sistema, Benefici e Sfide
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Il futuro dell’economia dell’energia con l’idrogeno
Fonte: EC DGRD 2003B
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Economia dell’idrogeno da rinnovabili – quadro complessivo
Traffico stradale
Applicazioni aerospaziali
FiumiOceani
AtmosferaAcqua di
falda
Generazione di energia elettrica
Mercato energia termica
PetrolchimicaChimica dell’idrogeno
Elettrolisi
DEmineralizzazione
Generazione di energia elettrica da fotovoltaico, eolico e idroelettrico
Liquefazione
Air
Fonte: Ludwig Jörisson, H2 Training manual, chapter 4
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Utilizzo dell’idrogeno oggi
Hydrogen is an important raw material in chemical industry:o Production of fertilizers.o Petrochemistry (Desulfurization, Hydrocracking).o Food industry (fat hardening).o Metallurgical processes (annealing, hardening, sintering).o semiconductors (doping element).
Hydrogen technology is already existing state of the art. However, not as an energy technology. Hydrogen storage and hydrogen transport are well known:
o 1900 industrial use, e.g. gas-welding (This could be considered as the beginning of the hydrogen era!).
o 1783-1800 first applications in ballooning.o 1898 liquefaction to LH2 by James Dewar.o Use in “town gas”, H2-content approx. 50% - 60%.
In a future solar hydrogen economy, hydrogen could be used as Clean fuel, Seasonal energy storage, Trans ocean energy transport, Chemical raw material (“regenerative petrochemistry”).
Fonte: Ludwig Jörisson, H2 Training manual, chapter 4
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Idrogeno: Fonti primarie di energia, Conversione e Applicazioni
Fonte: EC DGRD 2003I
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Idrogeno: Celle a Combustibile, Combustibili e Applicazioni
Fonte: EC DGRD 2003I
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Tecnologie di produzione dell’idrogeno (sommario)
Fonte: EC DGRD 2003I
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Tecnologie di stoccaggio dell’idrogeno (Sommario)
Fonte: EC DGRD 2003I
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Vantaggi generici delle celle a combustibile
• Alta efficienza.• Zero emissioni con utilizzo di idrogeno, ed
emissioni molto basse (es. NOx, CO…) con utilizzo di altri combustibili.
• Semplicità meccanica, vibrazioni e rumori molto bassi, manutenzione minima.
• Un alto rapporto tra elettricità e calore prodotto se confrontate con sistemi convenzionali di cogenerazione.
Fonte: EC DGRD 2003B
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Benefici delle celle a combustibile stazionarie
• Efficienza: Le celle a combustibile sono decisamente efficienti, qualunque sia la taglia e hanno buone caratterisitche di potenza.
• Emissioni: emissioni nulle o vicine allo zero di carbonio e zero emissioni di inquinanti nocivi per l’aria ambiente come biossido di azoto, biossido di zolfo e monossido di carbonio.
• Ambiente: Bassi livelli di rumore e di emissioni consentono l’installazione delle celle a combustibile in ambienti particolarmente sensibili.
• Convenienza: Le celle a combustibile possono fornire sia energia termica che elettrica da una gamma di combustibili; conforntate con sistemi cogenerativi convenzionali hanno un rapporto maggiore tra energia elettrica e il calore prodotto.
Fonte: EC DGRD 2003B
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Benefici delle celle a combustiile per i trasporti (1/2)
• Efficienza: Le auto a celle a combustibile funzionanti a idrogeno hanno dimostrato un’efficienza molto alta se confrontate sia con motori a combustione interna sia con celle a combustibile integrate con reforming a bordo da metanolo o benzina.
• Emissioni di CO2 e sicurezza energetica: Veicoli a celle a combustibile offrono i migliori benefici rispetto ai motori endotermici del futuro e a celle a combsutibile alimentate con altri combustibili, specialmente se inserii in un contesto a lungo termine di transizione verso l’idrogeno da rinnovabili.
• Emissioni ridotte: Le auto a celle a combustibile hanno emissioni molto basse e circa pari a zero al consumo finale se alimentate a idrogeno.
Fonte: EC DGRD 2003B
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Benefici delle celle a combustibile per i trasporti (2/2)
• Potenza elettrica: Le celle a combustibile possono fornire energia elettrica a bordo con alta efficienza. Le auto con celle a combustibile potrebbero produrre energia di back-up per abitazioni, uffici o applicazioni isolate.
• Prestazioni e convenienza: i veicoli a idrogeno e celle a combustibile potrebbero fornire caratteristiche simili o migliori in termini di prestazioni e convenienza.
• Traffico: Veicoli silenziosi potrebbero distribuire merci durante la notte, limitando il traffico diurno.
• Comfort: i veicoli a celle a combustibile hanno una guida molto gradevole e confortevole ed emettono un rumore limitato.
Fonte: EC DGRD 2003B
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Classificazione generale delle opzioni per la riduzione dei gas-serra --> H2 comporta il miglior rapporto costi-benefici!
Fonte: Center for European Policy Studies (CEPS) 2006A
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Sfide future per le celle a combustibile• Costi: Eccetto rare applicazioni come generazione di back up per
grandi istituti finanziari, le celle a combustibile sono generalmente troppo costose oggi per una diffusione commerciale.
• Durata: Alcune celle a combustibile sono state testate per migliaia di ore ma la maggior parte deve ancora essere verificata.
• Affidabilità: Non solo le celle a combustibile ma anche i sistemi ausiliari di supporto come i processori di combustibile devono essere testati.
• Novità: nei mercati più conservativi ogni nuova tecnologia richiede un significativo supporto e una conoscenza da parte del pubblico per competere.
• Sono necessarie scoperte tecnologiche per sviluppare contemporaneamente le prestazioni, l’affidabilità e i costi delle celle a combustibile.
• Infrastruttura: per le celle a combustibile non sono ancora disponibili sistemi per rifornimento, processi di lavorazione su larga scala, infrastrutture di supporto così come personale formato.
Fonte: EC DGRD 2003B
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