Per gran parte di un decennio l'idrogeno ha avuto più capacità annunciata che capacità consegnata, e la ragione non è l'elettrolisi.
Un divario tra annunci e acciaio a terra
Lo schema è abbastanza costante da pianificarci sopra. I progetti vengono annunciati con cifre di capacità e date. Una minoranza raggiunge una decisione finale di investimento. Un numero significativo viene cancellato in silenzio o rinviato a tempo indeterminato, inclusi diversi progetti grandi e molto pubblicizzati.
Le ragioni sono economiche, non tecniche.
Il prodotto costa più dell'incumbent. L'idrogeno prodotto per elettrolisi da elettricità a basse emissioni costa in genere diverse volte quello prodotto da gas naturale, e il divario dipende molto dal prezzo dell'elettricità e da quante ore l'anno gira l'elettrolizzatore.
Gli acquirenti sono pochi a quel prezzo. I progetti hanno bisogno di offtake impegnato per finanziarsi, e gli acquirenti industriali sono riluttanti a firmare contratti a lungo termine a un premio senza una ragione regolatoria per farlo.
Il problema dell'uovo e della gallina è reale. La produzione aspetta la domanda, la domanda aspetta l'infrastruttura, l'infrastruttura aspetta il volume. Rompere questo circolo richiede o una policy o un cliente senza alternative.
L'ingegneria è stata in gran parte dimostrata. Quello che resta irrisolto è chi paga la differenza.
Per la pianificazione del personale, la lettura onesta è che vale la pena costruire capacità sull'idrogeno, a una scala allineata ai progetti che hanno davvero raggiunto la decisione di investimento e non alle pipeline annunciate. Chiunque lavori in questo settore dovrebbe anche saper leggere un annuncio di progetto e capire a che stadio è arrivato davvero, il che è una competenza a sé.
Cosa copre la direzione
L'ambito: produzione di idrogeno, elettrolisi, celle a combustibile, stoccaggio e trasporto dell'idrogeno, e applicazioni industriali.
Quattro aree.
Produzione. Tecnologie di elettrolisi, reforming con cattura del carbonio, e le questioni di efficienza e durabilità legate a ciascuna.
Gestione. Compressione, liquefazione, stoccaggio, condotte e compatibilità dei materiali.
Utilizzo. Celle a combustibile, combustione e applicazioni come materia prima chimica.
Sicurezza e standard. Una parte di questa direzione più ampia che nella maggior parte delle altre.
Perché la molecola è difficile da gestire
L'idrogeno si comporta in modi che sorprendono gli ingegneri abituati al gas naturale, e ognuna di queste proprietà ha un costo.
Filtra. La molecola più piccola trova strade attraverso guarnizioni, giunti filettati e materiali che contengono altri gas senza difficoltà. Rilevamento delle perdite e progettazione dei raccordi sono discipline diverse qui.
Infragilisce l'acciaio. L'idrogeno diffonde in molti acciai e ne riduce la duttilità, il che può causare fessurazioni sotto sforzo. È un problema centrale di materiali per condotte, recipienti e compressori, e limita quale infrastruttura esistente si possa riutilizzare e a quali condizioni.
Trasporta poca energia per unità di volume. A pressione atmosferica l'idrogeno contiene circa un terzo dell'energia del gas naturale a parità di volume, per questo viene stoccato ad altissima pressione, liquefatto a temperature bassissime, o convertito in un vettore come l'ammoniaca. Ogni opzione costa energia: la sola liquefazione consuma una frazione sostanziale del contenuto energetico dell'idrogeno stesso.
Si accende facilmente e brucia in modo invisibile. Un ampio intervallo di infiammabilità, un'energia di innesco molto bassa e una fiamma quasi invisibile in piena luce. Il rischio è gestibile e viene gestito ogni giorno nell'industria, ma non è lo stesso rischio del gas naturale e non si può gestire con le stesse abitudini.
L'efficienza di andata e ritorno è scarsa. Elettricità-idrogeno-elettricità perde gran parte dell'energia in ingresso. Non è fatale dove l'alternativa è il nulla, ed è decisivo ovunque sia possibile l'elettrificazione diretta.
Dove si colloca nel dominio
Idrogeno e tecnologia delle celle a combustibile è la quinta delle nove direzioni del dominio Energia, clima e nucleare di Astra Trainer. Si collega a gestione del carbonio e decarbonizzazione industriale, dove l'idrogeno è una delle poche opzioni per il calore di processo ad alta temperatura e la siderurgia primaria, e a sistemi petroliferi, del gas e petrolchimici, dove attualmente risiede quasi tutta la competenza esistente sull'idrogeno.
Si collega anche a economia, mercati e politiche energetiche, poiché la sostenibilità economica di quasi ogni progetto in questa direzione dipende da sostegno di policy e prezzo dell'elettricità più che da ingegneria. Qui trovi le nove direzioni.
Dove l'idrogeno ha senso, e dove il caso è debole
Essere specifici qui è più utile dell'entusiasmo, e protegge un'organizzazione dall'investire nell'applicazione sbagliata.
Forte: uso industriale già esistente dell'idrogeno. Raffinazione e produzione di ammoniaca consumano già grandi quantità di idrogeno prodotto da fonti fossili. Sostituire quella fornitura con idrogeno a basse emissioni non richiede nuova domanda, nuova infrastruttura né cambi di comportamento. È il caso più chiaro che esista.
Forte: siderurgia primaria. La riduzione diretta del ferro con idrogeno è una delle pochissime strade per ridurre sostanzialmente le emissioni dell'acciaio primario, e le alternative sono limitate. Diversi progetti sono in corso.
Plausibile: materia prima chimica e calore di processo ad alta temperatura, dove l'elettrificazione è difficile e il processo ha bisogno di una molecola più che di elettroni.
Plausibile: stoccaggio energetico di lunga durata e bilanciamento stagionale, dove la scarsa efficienza di andata e ritorno conta meno della capacità di immagazzinare energia per mesi, cosa che le batterie non possono fare.
Contestato: trasporto pesante, shipping e aviazione. Candidati genuini, in competizione con le batterie nell'autotrasporto e con i combustibili sintetici e bio-derivati in shipping e aviazione. L'esito non è deciso e persone ragionevoli non concordano.
Debole: riscaldamento domestico. Le pompe di calore forniscono diverse unità di calore per unità di elettricità. Produrre idrogeno, distribuirlo e bruciarlo ne fornisce meno di una. Diverse revisioni indipendenti sono arrivate a conclusioni sfavorevoli, e il caso si regge soprattutto sul riutilizzo delle reti gas esistenti.
Debole: la maggior parte dei veicoli leggeri. I veicoli elettrici a batteria sono più efficienti, più economici da usare e sostenuti da un'infrastruttura molto più ampia.
Un programma idrogeno onesto si concentra sul primo gruppo. Un programma che parte da auto e caldaie domestiche è di solito un artefatto di policy più che un piano ingegneristico.
Le competenze sono trasferibili, ed è la buona notizia
Il quadro sul personale qui è più favorevole che nella maggior parte di questo dominio, e vale la pena dirlo chiaramente.
L'idrogeno non è un'industria nuova nel modo in cui viene spesso descritta. Viene prodotto e gestito su scala industriale da un secolo, in raffinerie, impianti di ammoniaca e operazioni di gas industriali. Le persone che fanno quel lavoro esistono già.
Quello di cui hanno bisogno è uno strato, non una riqualificazione: tecnologia degli elettrolizzatori e le loro caratteristiche operative, il quadro della compatibilità dei materiali per infrastrutture non progettate originariamente per l'idrogeno, le differenze specifiche di sicurezza rispetto al gas naturale, e il quadro commerciale e di policy che determina se un progetto è reale.
È un problema di formazione con un percorso breve, ed è particolarmente adatto a un apprendimento strutturato e incrementale offerto a persone già al lavoro.
I ruoli, uno per uno
Ingegneri di elettrolizzatori. Design dello stack, integrazione di sistema, balance of plant.
Ingegneri di processo per produzione e purificazione dell'idrogeno.
Ingegneri di sicurezza dell'idrogeno. Una specializzazione distinta e in crescita.
Ingegneri dei materiali per la valutazione di infragilimento e compatibilità.
Ingegneri di celle a combustibile, per trasporti e potenza stazionaria.
Specialisti di compressione, stoccaggio e liquefazione.
Ingegneri di condotte e infrastruttura, inclusa la valutazione di conversione delle reti esistenti.
Operatori e tecnici di impianto per gli impianti di produzione.
Sviluppatori di progetto e analisti commerciali, perché offtake e policy decidono questi progetti.
Chi può essere formato per farlo
Personale del settore dei gas industriali. Il match più stretto in assoluto. Produzione, compressione, liquefazione, distribuzione e gestione delle bombole sono già il lavoro quotidiano.
Operatori e ingegneri di raffinerie e impianti di ammoniaca. Già gestiscono idrogeno su scala sotto process safety management.
Ingegneri di processo e condotte dell'oil & gas. Trasferimento forte, con compatibilità dei materiali e differenze di sicurezza insegnate esplicitamente, non date per scontate.
Ingegneri chimici da qualsiasi industria di processo.
Ingegneri elettrici e di elettronica di potenza. Verso i sistemi elettrici degli elettrolizzatori, che sono una parte sostanziale di un impianto di elettrolisi.
Ingegneri dei materiali e della corrosione. Verso la valutazione dell'infragilimento, competenza scarsa e cruciale.
Specialisti di process safety. Verso la sicurezza dell'idrogeno, dove la metodologia esistente si applica con nuovi dati sui rischi.
L'idrogeno è una sostanza pericolosa soggetta a regolamentazione severa. Ha un ampio intervallo di infiammabilità, un'energia di innesco molto bassa e una fiamma difficile da vedere, e viene gestito a pressioni estreme o temperature criogeniche. Gli impianti sono coperti da regimi su rischio di incidente rilevante, apparecchi a pressione, merci pericolose e sicurezza del sito che variano per giurisdizione, e la gestione sicura dipende da procedure specifiche del sito, valutazione della competenza e autorizzazione. Astra Trainer costruisce comprensione tecnica. Non fornisce formazione sui rischi, autorizzazione o alcun permesso di progettare, gestire o lavorare su sistemi a idrogeno.
Cosa portare a casa
La questione irrisolta nell'idrogeno è commerciale, non tecnica, e gran parte dei progetti annunciati non raggiunge mai la decisione di investimento.
Gestire la molecola è la difficoltà ingegneristica: perdite, infragilimento, bassa densità energetica volumetrica e un rischio di innesco diverso dal gas naturale.
Le applicazioni forti sono quelle che già usano idrogeno o non hanno alternative. Quelle deboli sono dove l'elettrificazione diretta vince semplicemente sull'efficienza.
L'efficienza di andata e ritorno è scarsa, il che conta poco per lo stoccaggio stagionale e in modo decisivo per tutto ciò che si potrebbe elettrificare invece.
E, insolitamente per questo dominio, la forza lavoro esiste già in gran parte, in raffinazione, ammoniaca e gas industriali. È un problema di conversione con un percorso breve.
Perché così tanti progetti idrogeno vengono cancellati?
Perché l'idrogeno a basse emissioni costa in genere diverse volte quello di origine fossile, gli acquirenti impegnati sono pochi a quel prezzo, e produzione, domanda e infrastruttura aspettano ciascuna le altre. La barriera è economica, non tecnica.
Cosa rende l'idrogeno difficile da gestire?
Filtra attraverso giunti che tengono altri gas, infragilisce molti acciai, contiene poca energia per unità di volume quindi richiede pressione estrema o temperatura criogenica, e si accende facilmente con una fiamma quasi invisibile.
Dove ha chiaramente senso l'idrogeno?
Sostituire l'idrogeno di origine fossile già usato in raffinazione e ammoniaca, la siderurgia primaria per riduzione diretta, alcuni usi di calore di processo ad alta temperatura e materia prima chimica, e lo stoccaggio stagionale di lunga durata.
Perché il riscaldamento a idrogeno è considerato debole?
Perché le pompe di calore forniscono diverse unità di calore per unità di elettricità mentre produrre, distribuire e bruciare idrogeno ne fornisce meno di una. Diverse revisioni indipendenti sono arrivate a conclusioni sfavorevoli.
Chi si converte bene ai ruoli nell'idrogeno?
Prima il personale dei gas industriali, poi gli operatori di raffinerie e ammoniaca che già gestiscono idrogeno su scala, gli ingegneri di processo e condotte dell'oil & gas, gli ingegneri chimici, gli ingegneri di elettronica di potenza verso i sistemi degli elettrolizzatori, e gli ingegneri dei materiali verso l'infragilimento.