Home Cucine

Una via per le rinnovabili grazie all’idrogeno per l’industria mineraria?


Le società minerarie stanno affrontando sfide significative nei loro sforzi per decarbonizzare e stanno cercando maggiori opportunità di incorporare tecnologie dinamiche per aiutare questi sforzi. La sfida in molti casi è quella di fare ciò senza limitare l’efficienza dei sistemi di estrazione e lavorazione. Le soluzioni di energia rinnovabile possono compensare molte di queste sfide. Per alcune aziende, tuttavia, è necessaria una soluzione dinamica alternativa. Essendo un combustibile privo di emissioni che è stato utilizzato in nuove applicazioni di trattamento minerario, veicoli pesanti e nella produzione di elettricità, l’idrogeno ha la flessibilità necessaria per affrontare alcune delle sfide operative e di lavorazione che il settore minerario sta vivendo.

Con il recente annuncio di un piano anglo americano che prevede la creazione di un’unità di investimento interna per supportare le tecnologie dell’idrogeno, insieme agli sforzi congiunti di Rio Tinto, Apple e Alcoa per decarbonizzare il processo di fusione dell’alluminio (Elysis), il movimento per utilizzare l’idrogeno come soluzione di decarbonizzazione nei processi minerari e legati alle attività minerarie sta guadagnando slancio.

Come molte altre tecnologie aspiranti, la tecnologia dell’idrogeno ha vissuto il suo momento Icaro prima che la tecnologia diventasse davvero una realtà. Nonostante una significativa pianificazione e investimenti nei primi anni 2000, l’industria dell’idrogeno non è riuscita a fornire significativi investimenti in tecnologie a celle a combustibile e rendimenti finanziari per gli investitori. Questo iniziale fallimento, tuttavia, non ha frenato l’interesse internazionale per l’idrogeno, e organizzazioni come l’IEA e la McKinsey continuano a ritenere che l’idrogeno svolgerà un ruolo cruciale nella transizione energetica globale verso un’economia a basse emissioni di carbonio.

Nel 2018, Shell ha pubblicato il suo ultimo scenario, intitolato “Sky”, delineando una visione del futuro in cui il 10% dell’energia finale totale consumata verrebbe dall’idrogeno, con il carburante H2 utilizzato in una vasta gamma di applicazioni nel settore del riscaldamento industriale e commerciale, settore dei trasporti e settore dello spazio di archiviazione di lunga durata. Nel frattempo, un organismo chiamato Hydrogen Council, comprendente Audi, BMW, Bosch, Engie, Equinor, GM, Honda, Marubeni e altri 32 principali produttori mondiali, ha pubblicato una roadmap per il futuro dell’idrogeno nel 2017. La tabella di marcia ha calcolato che entro il 2050, l’idrogeno potrebbe rappresentare il 18% del consumo energetico totale finale globale, con 400 milioni di automobili, dai 15 milioni ai 20 milioni di camion e 5 milioni di autobus che utilizzano l’idrogeno e riducendo le emissioni globali di CO2 del 60% entro il 2050.

Molti si chiederanno come i progressi della tecnologia delle batterie possano essere applicati a veicoli di trasporto pesante, come i mezzi pesanti minerari. In effetti, questo percorso è ancora incerto e richiede ulteriori studi prima che la soluzione ottimale possa essere identificata. Considerato questo divario e le sfide associate al ciclo di produzione 24 ore su 24 di una miniera, vi è un valore sostanziale nell’indagare e impegnarsi con le tecnologie dell’idrogeno, al fine di trovare un meccanismo per la decarbonizzazione di alcune delle sfide più radicate di industrie difficili da abbattere.

Opportunità per l’applicazione

È in questo contesto che investitori e imprenditori hanno iniziato a esplorare applicazioni commercialmente valide per l’idrogeno e uno di questi potenziali casi d’uso è il settore minerario. La continua spinta a rendere le miniere più sicure e più rispettose dell’ambiente sta generando un interesse significativo nell’utilizzo dell’idrogeno in loco, attualmente incentrato sull’impiego nei camion di miniere e nei macchinari mobili.

Un certo numero di veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV) sono già disponibili per l’acquisto commerciale, tra cui Hyundai ix35 e Toyota Mirai, a dimostrazione del fatto che gli FCEV potrebbero sostituire a breve veicoli leggeri e piccoli 4×4. Ma ancora più importante, l’uso di celle a combustibile in applicazioni di idrogeno più grandi, come il treno Alstom Coradia iLint e il camion Nikola One di grandi dimensioni, dimostra che le celle a combustibile stanno iniziando a fornire una potenza significativa (CV), coppia ed economia di combustibile per macchinari pesanti. Ad esempio, un veicolo da miniera pesante ampiamente utilizzato come il CAT 785D ha un hp lordo di 1.450 su un peso del veicolo di 46.000-67.000 libbre, mentre il Nikola One genera fino a 1.000 CV su un telaio da 18.000-21.000 libbre di camion tramite una pila a combustibile con una capacità di 300 kW. Se ingranditi, tre pacchi batterie Nikola da 320 kilowattora peserebbero 9.000-12.000 lb e producono una coppia fino a 6.000 libbre-piedi. Questo è paragonabile al motore diesel CAT 3512C HD, che ha un peso del motore secco di 14.650 libbre con una coppia di picco alla velocità di 6.910 libbre-piedi. Questa ipotesi è semplicemente dimostrativa delle applicazioni e del potenziale per le tecnologie relative all’idrogeno. L’applicazione del ridimensionamento lineare del pacco batterie Nikola è puramente illustrativa ed è un’area per ulteriori ricerche. Tuttavia, mostra una potenziale capacità di decarbonizzazione senza interruzione della produzione in un sito e senza sacrificare la capacità del veicolo.

L’idrogeno rappresenta anche un efficace mezzo di accumulo di energia per le miniere off-grid, con molteplici applicazioni per il combustibile prodotto e una capacità di accumulo di energia a lungo termine. Nelle isole Orcadi, l’elettricità rinnovabile prodotta dall’European Marine Energy Center (EMEC) e dalle turbine eoliche dell’isola viene convertita in idrogeno da un elettrolizzatore a membrana protonica a scambio (PEM) e immagazzinata da una cella a combustibile nella capitale dell’isola per fornire energia verde. Questa flessibilità dimostra che l’idrogeno ha il valore dinamico di essere utilizzabile in una varietà di processi diversi attorno a una miniera, incluso combustibile per camion e caricatori, come energia per sistemi di riscaldamento e raffreddamento e come combustibile secondario o di scorta per la produzione di elettricità, fornendo una maggiore sicurezza energetica. Quest’ultima applicazione potrebbe potenzialmente diventare un meccanismo che consente alle miniere di allontanarsi dalla tradizionale dipendenza dai generatori di riserva diesel e di spostarsi verso una fonte di generazione più pulita che possa essere efficientemente incorporata nel settore industriale pesante.

Competitività e industria


La capacità di sostituire il diesel offre inoltre all’idrogeno un’opportunità di mercato ragionevolmente immediata, grazie al costo del diesel e al fatto che le attrezzature minerarie più pesanti utilizzano il diesel per alimentare un motore elettrico. Le stime dei costi del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti suggeriscono che l’elettrolisi distribuita (utilizzando energia elettrica fuori picco) può raggiungere $ 2,30 / GGE (gallone equivalente di benzina) di idrogeno entro il 2020, rendendola competitiva con i prezzi della benzina negli Stati Uniti. Tuttavia, è improbabile che ciò rifletta i più ampi vantaggi di costo che un elettrolizzatore PEM potrebbe aggiungere a una mini griglia per un sito minerario, in quanto non rappresenta il valore dell’elettricità che altrimenti sarebbe stato ridotto, né include il valore della frequenza di risposta che le unità possono fornire. Di conseguenza, una transizione del combustibile all’idrogeno offre un potenziale di risparmio nelle operazioni e nei costi di manutenzione e logistica, fornendo al tempo stesso una merce secondaria che può essere venduta se la miniera viene temporaneamente chiusa.

Vi è anche una base ragionevole per investimenti futuri e riduzioni dei costi nel settore. Ad esempio, Voestalpine, in collaborazione con Siemens e Verbund, ha esaminato il potenziale per rimuovere carbone da coke attraverso l’uso dell’idrogeno, e il produttore di acciaio SSAB, sostenuto da Vattenfall e dal minatore Luossavaara Kiirunavaara, ha intenzione di eliminare la maggior parte delle sue emissioni di CO2 entro il 2045, considerare l’idrogeno come una potenziale soluzione. Di conseguenza, l’uso dell’idrogeno nelle pesanti attività di trasformazione che si verificano sui siti minerari dimostra il potenziale per un ulteriore utilizzo a valle.

Conclusione

Abbiamo tentato di mostrare la robusta serie di potenziali applicazioni per l’idrogeno come fonte di combustibile nelle attività minerarie. Sebbene l’idrogeno abbia le sue sfide, fornisce una potenziale soluzione nel tentativo di ridurre i costi logistici e operativi delle miniere remote, fornendo al contempo agli operatori delle miniere ridondanza del sistema e scorta di combustibile di riserva, oltre a ridurre il carico sui sistemi di ventilazione delle miniere sotterranee. Questi benefici collettivi dovrebbero incentivare l’aumento degli investimenti e il dispiegamento nella fornitura di energia rinnovabile su larga scala nel settore dell’industria pesante. Inoltre, le applicazioni per l’idrogeno delineate qui offrono un altro filone di sviluppo per la miniera del futuro, in cui l’impronta di carbonio del sito è sostanzialmente ridotta e la miniera è sia più autosufficiente che più sicura.