Grandi passi avanti per la molecola più piccola

Le operazioni con l'idrogeno non sono una novità per Baker Hughes: l'azienda ha costruito il suo primo compressore alternativo a idrogeno negli anni '10. Con una così vasta esperienza nel settore, l'azienda ha aperto la strada alla transizione energetica, individuando fin dall'inizio le opportunità legate all'idrogeno e da allora ha compiuto passi da gigante .

Raimondo Giavi, vicepresidente dell'idrogeno di Baker Hughes, ha spiegato che la strategia dell'azienda per l'idrogeno copre diversi aspetti: "Innanzitutto, abbiamo naturalmente uno sviluppo continuo sui nostri prodotti convenzionali per la compressione e la movimentazione dell'idrogeno. Oltre ai compressori, dove le nostre competenze risalgono a oltre 100 anni, abbiamo motori principali come la prima turbina a gas commercialmente valida alimentata al 100% da idrogeno.

Le turbine industriali NovaLT16 sono state testate per funzionare con miscele fino al 100% di idrogeno presso il Baker Hughes Hydrogen Testing Facility di Firenze.

“Non dobbiamo però dimenticare altri componenti che sono molto importanti per un utilizzo sicuro ed efficiente dell'idrogeno: pompe e valvole in primo luogo, ma anche tutto ciò che riguarda la tecnologia di rilevamento, monitoraggio e diagnostica, che sono fondamentali in questo particolare campo.”

Il secondo aspetto è la standardizzazione e la modularizzazione del portafoglio prodotti : "Questo approccio è fondamentale in questo mercato, poiché il principale ostacolo allo sviluppo della produzione, delle infrastrutture e della gestione dell'idrogeno è il costo. Inutile dire che la standardizzazione dei componenti per un approccio modulare contribuisce significativamente a ridurre i costi".

Un altro aspetto per Baker Hughes è lo sviluppo di soluzioni per la produzione di idrogeno a basse emissioni di carbonio : "Stiamo investendo in tecnologie come la pirolisi del metano, la membrana a scambio anionico (AEM), la tecnologia delle celle elettrolitiche a ossidi solidi (SOEC) e la sperimentazione sul campo della tecnologia al plasma di metano", ha affermato Giavi. "Chiamiamo queste soluzioni di Generazione 2 e 3 che seguono le tecnologie esistenti per contribuire a ridurre i costi, aumentare l'efficienza e ampliare l'applicazione a quanto richiesto dalla transizione energetica".

Nel 2023 Baker Hughes ha firmato un accordo con ADNOC per studiare e testare l'implementazione di soluzioni innovative del portafoglio di idrogeno di Baker Hughes.

La collaborazione comprende la tecnologia degli elettrolizzatori di nuova generazione per esplorare la possibilità di installare e far funzionare un elettrolizzatore presso l'ADNOC Research and Innovation Center (ADIRC) di Abu Dhabi; la sperimentazione sul campo della tecnologia del plasma di metano per catturare il carbonio sotto forma di grafene e idrogeno di alta qualità negli impianti di ADNOC Gas; e la sperimentazione dell'uso della tecnologia di pirolisi del metano per produrre idrogeno a bassa intensità di gas serra.

La collaborazione si basa sull'impegno di ADNOC di 15 miliardi di dollari per progetti di decarbonizzazione entro il 2030.

Infine, un altro aspetto chiave esplorato da Baker Hughes è la manutenzione e l'assistenza. Giavi ha affermato che attualmente il servizio post-vendita per i prodotti che utilizzano l'idrogeno è un'area ancora un po' trascurata, poiché queste tecnologie sono nuove e non molti attori stanno già pensando al post-vendita. Non è così per Baker Hughes, che sta sviluppando un approccio specifico alla manutenzione dell'idrogeno basato sulle pratiche e sulle esperienze maturate dopo molti anni di assistenza su componenti più convenzionali.

Secondo Giavi: "Le pratiche di servizio di base sono essenzialmente le stesse, ma l'applicazione di soluzioni digitali offre un'incredibile opportunità, in cui un'economia dell'idrogeno rappresenta una tabula rasa quasi completa per sperimentare e adottare le migliori soluzioni risultanti".

Nell'ambito della strategia sull'idrogeno di Baker Hughes, l'inaugurazione ufficiale del nuovo impianto di collaudo dell'idrogeno, avvenuta qualche mese fa, ha rappresentato una pietra miliare importante.

L'impianto di prova dell'idrogeno è stato utilizzato per la convalida delle turbine industriali NovaLT16 per l'utilizzo di miscele fino al 100% di idrogeno.

La nuova struttura comprende un banco prova per consentire test a pieno carico, con la massima flessibilità di utilizzo del carburante fino al 100% di idrogeno, una pressione di 300 bar e una capacità di stoccaggio di idrogeno di 2.450 kg. Questa infrastruttura, allineata ai più elevati standard di sicurezza, consente a Baker Hughes di testare le turbine in tutte le condizioni di progetto, offrendo ai clienti una maggiore sicurezza operativa.

Giavi ha spiegato che la turbina a gas NovaLT16 per il funzionamento al 100% a idrogeno è dotata di un nuovo sistema di combustione a tre canali che consente di modificare la miscela di carburante al volo e sotto qualsiasi carico.

"Ciò che è davvero impressionante è che questa turbina può essere avviata direttamente con idrogeno puro , grazie a uno speciale design per il controllo della fiamma", ha aggiunto. "La fiamma dell'idrogeno è molto volatile e l'avviamento a freddo è quindi un po' più problematico da gestire rispetto a quello a gas".

Un'altra caratteristica del NovaLT16 per il funzionamento a idrogeno al 100% è lo skid di miscelazione del combustibile, montato separatamente dalla turbina. Giavi ha spiegato che lo skid di miscelazione non sarebbe affatto necessario nel caso in cui la turbina a gas potesse funzionare a idrogeno puro senza alcun backup di gas naturale. Un'ipotesi che per ora è ancora un po' lontana dalla realizzazione, ad eccezione di pochissimi progetti basati sulla produzione di idrogeno, dove l'approvvigionamento non rappresenterebbe un problema.

Un esempio è il nuovo complesso energetico a idrogeno a zero emissioni nette di Air Products a Edmonton, nella provincia di Alberta, in Canada. Baker Hughes ha già fornito ad Air Products tecnologie avanzate di compressione dell'idrogeno e turbine a gas, tra cui le turbine NovaLT16.

Per quanto riguarda la compressione dell'idrogeno, Giavi ha già menzionato i primissimi giorni dei compressori alternativi Baker Hughes per l'idrogeno all'inizio del XX secolo, "In tempi più recenti, tuttavia, Baker Hughes è stata la prima a iniziare a sviluppare compressori centrifughi progettati specificamente per l'idrogeno", ha affermato.

Lo stato attuale dei compressori centrifughi per idrogeno è rappresentato dai compressori HPRC (High Pressure Ratio Compressors) di seconda generazione. È in corso lo sviluppo della terza generazione di questi compressori, che si prevede rappresenterà una svolta per il settore della compressione dell'idrogeno .

I compressori centrifughi a idrogeno di terza generazione di Baker Hughes seguono il design di base standard dei compressori centrifughi convenzionali dell'azienda, ma i loro limiti fisici sono spinti al massimo.

Secondo Giavi, uno degli obiettivi progettuali dei compressori di terza generazione è la riduzione dell'ingombro: "Siamo partiti dal design standard dei nostri compressori centrifughi e li abbiamo portati ai loro limiti fisici. Infatti, mantenendo le stesse dimensioni del package e raddoppiando la velocità della girante del compressore, possiamo aumentare significativamente la quantità di idrogeno gestito e raggiungere livelli di compressione più elevati.

"Ma una velocità più elevata comporta maggiori sollecitazioni per i materiali. Da qui la scelta di materiali come leghe speciali non convenzionali e l'adozione di altri accorgimenti."

Giavi ha concluso spiegando che l'Hydrogen Testing Facility presso la sede centrale di Baker Hughes a Firenze è solo il primo passo verso la realizzazione di un Villaggio dell'Idrogeno.

L'impianto di stoccaggio dell'idrogeno presso il Baker Hughes Hydrogen Testing Facility di Firenze fornisce carburante per i test delle turbine; l'azienda prevede di costruire in futuro un proprio sito di produzione di idrogeno verde .

Giavi ha commentato che una delle principali sfide per i futuri sviluppi dell'idrogeno è la mancanza di standard e normative per la gestione dell'idrogeno in ambito urbano. Per ora, le uniche normative disponibili sono quelle in vigore per raffinerie, impianti di fertilizzanti e simili.

"Attualmente, progetti relativi all'idrogeno vengono lanciati in molti Paesi e tutti sembrano procedere per la propria strada. Manca un approccio comune al commercio dell'idrogeno e un sistema standardizzato per la certificazione dell'idrogeno , o almeno parametri definiti che consentano di uniformare le certificazioni tra i diversi Paesi".