Come si può utilizzare l'elettricità rinnovabile tutto l'anno?

Immagazzinare l'elettricità sotto forma di idrogeno durante i periodi di picco in estate e reimmetterla in rete quando necessario: i componenti necessari per la generazione, l'immagazzinamento e la conversione dell'idrogeno sono stati sviluppati sulla piattaforma ESI del PSI e testati per verificarne l'efficienza mediante simulazioni. Istituto Paul Scherrer PSI/Benjamin A. Senn, Markus Fischer, Mahir Dzambegovic

Molte case monofamiliari dotate di impianti fotovoltaici utilizzano oggi batterie al litio per immagazzinare l'elettricità prodotta durante il giorno per la notte. Queste batterie sono altamente efficienti: circa l'85% dell'elettricità immagazzinata può essere riutilizzata. Tuttavia, i costi dei materiali sono molto elevati, motivo per cui non sono adatte allo stoccaggio a lungo termine. Sebbene l'idrogeno abbia prestazioni peggiori, con un'efficienza attuale di circa il 50%, può essere prodotto in modo economico in grandi quantità. In futuro, l'elettricità proveniente da nuove energie rinnovabili potrebbe essere convertita in idrogeno verde in grandi impianti di produzione durante i periodi di picco di bassa domanda e immagazzinata per l'inverno.

L'idrogeno viene prodotto attraverso un processo noto come elettrolisi dell'acqua. L'acqua viene scomposta nei suoi componenti, idrogeno e ossigeno, utilizzando l'elettricità. L'energia elettrica è ora legata all'idrogeno come energia chimica. Nelle cosiddette celle a combustibile, questo processo elettrochimico viene invertito, se necessario, e l'idrogeno viene nuovamente convertito in elettricità utilizzando l'ossigeno dell'aria. Gli unici sottoprodotti sono calore e acqua.

Perfezionare il processo

Il principio sembra semplice, ma richiede una grande esperienza scientifica e ingegneristica. Questo perché l'energia viene persa sia durante l'elettrolisi che durante la conversione nelle celle a combustibile. Per ottenere la massima efficienza possibile, il PSI svolge un'intensa attività di ricerca e sperimentazione, in particolare sulla piattaforma di prova ESI, acronimo di Energy System Integration.

Oltre all'efficienza, anche lo stoccaggio rappresenta una sfida. L'idrogeno è un gas molto leggero che richiede un grande volume di stoccaggio. A questo scopo, sulla piattaforma ESI viene utilizzato un serbatoio. Questo serbatoio contiene circa 7 megawattora di idrogeno che, una volta riconvertito in elettricità, fornisce circa 3,5 megawattora di energia, il che equivale all'incirca al consumo annuale di una famiglia monofamiliare di due persone. Su larga scala, tuttavia, questi serbatoi occuperebbero troppo spazio. Le caverne naturali di sale, come quelle utilizzate in Germania per lo stoccaggio dell'idrogeno, non esistono (ancora) in Svizzera. Per questo motivo si stanno valutando anche sistemi di tubature sotterranee per immagazzinare l'idrogeno in modo poco ingombrante.

L'offerta di idrogeno verde in Svizzera è attualmente gestibile e viene utilizzata principalmente per la mobilità. Auto e camion possono essere riforniti di idrogeno verde in dodici stazioni di rifornimento. Tuttavia, con l'espansione delle nuove energie rinnovabili, si prevede che l'idrogeno svolgerà un ruolo maggiore. Il Laboratorio di analisi dei sistemi energetici del PSI stima che dal 2050 saranno disponibili fino a 5 terawattora di energia sotto forma di idrogeno all'anno. L'idrogeno potrebbe essere utilizzato sia per la mobilità che come accumulatore di energia a lungo termine. Nel secondo episodio della nostra serie sul futuro dell'energia, spieghiamo come l'elettricità può essere immagazzinata sotto forma di idrogeno.

La serie di video sul futuro dell'energia affronta le domande quotidiane sulla transizione energetica in Svizzera. Per ogni episodio viene sollevata una domanda in brevi video. Le possibili soluzioni sono formulate sulla base della ricerca energetica del PSI.