Capitolo 1: Panorama sull’economia dell’idrogeno In questo capitolo è descritto un breve panorama su 1. 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

Schema Disponibilità e Fabbisogno di Energia nel mondo in base ai Settori degli Usi finali, alle Regioni e ai Combustibili. Riserve di energia nel mondo. Sviluppo dell’energia rinnovabile in Europa. Problemi ambientali: Sfida Globale della CO2: Rischi, Emissioni, Effetto dei Gas Serra. Inquinamento locale dell’aria. Prima soluzione: Riduzione del fabbisogno prima della Fornitura. Economia dell’idrogeno: Previsioni, Componenti del Sistema, Benefici e Sfide. Aspetti socio economici. Aspetti ambientali. 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

1 Parte 2 Parte # 1: Disponibilità e Fabbisogno di Energia nel Mondo in base ai settori degli Usi Finali, alle Regioni e ai Combustibili 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

Energia Primaria Globale tra il 1850 e il 2000 e le tecnologie 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte B © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at Fonte : Nakicenovic 2006

Fornitura di energia primaria nel mondo per Regione (1971-2030) 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte I Fonte : IEA 2006 © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

Consumi mondiali di energia distribuita per Usi Finali (2003-2030) 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte I Fonte : EIA (US) 2006 © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

Utilizzo di Energia Primaria per tipologia di combustibile (1980-2030) 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte I Fonte : EIA (US) 2006 © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

Consumi mondiali per la generazione di energia elettrica per tipo di combustibile (2003, 2015, and 2030) 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte I Fonte : EIA (US) 2006 © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

# 2: Riserve di energia nel mondo 1 Parte 2 Parte # 2: Riserve di energia nel mondo 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

Categorie delle Riserve di Energia 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte I © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

Utilizzo e Riserve di energia primaria nel mondo (2001) Fonte : Updated from WEA 2000 A © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

Evoluzione del Consumo Globale di Energia Primaria 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte I © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at Fonte : Nakicenovic 2006

Radiazione solare e riserve fossili in confronto con il fabbisogno annuale mondiale World Resources: 1 Parte 2 Parte Gas Solar Radiation on earth/ year Oil 3 Parte 4 Parte Coal 5 Parte Uranium 6 Parte World Energy Demand/year B © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at Fonte : Greenpeace

# 3 Sviluppo dell’energia rinnovabile in Europa 1 Parte 2 Parte # 3 Sviluppo dell’energia rinnovabile in Europa 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

Fonte : STATE OF RENEWABLE ENERGIES IN EUROPE – 2006 EurObserv'ER Sviluppo della Produzione di Energia Primaria da Rinnovabili in Europa  (in %) 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte B Fonte : STATE OF RENEWABLE ENERGIES IN EUROPE – 2006 EurObserv'ER © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

Fonte : STATE OF RENEWABLE ENERGIES IN EUROPE – 2006 EurObserv'ER Sviluppo della Produzione di Energia Elettrica da Rinnovabili in Europa (in %) 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte B Fonte : STATE OF RENEWABLE ENERGIES IN EUROPE – 2006 EurObserv'ER © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

1 Parte Part 1 2 Parte 3 Parte # 4: Problemi ambientali: - Sfida Globale della CO2: Rischi, Emissioni, Effetto dei Gas-Serra - Inquinamento locale dell’aria 4 Parte 5 Parte 6 Parte © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

Cambiamenti climatici osservati: Temperatura della superficie, Livello del mare e copertura dei ghiacci 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte Fonte : IPCC 2007 I © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

Impatto del Cambiamento Climatico 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte I Fonte : Stern 2006

Riscaldamento Globale – milioni di persone a rischio nel 2080 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte I © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

Fonti attuali di emissioni di gas – serra Fonte : IEA 2004 B

B Che cos’è un gas - serra Gas atmosferici che provocano il riscaldamento globale e il cambiamento del clima I 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 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte www.eo.ucar.edu/kids/green/warming4.htm B © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

Che cos’è l’effetto dei gas serra? 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte Source: UNFCC 2006 6 Parte B © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

Permanenza dei gas serra e cause antropogeniche 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte I Fonte : http://vitalgraphics.net/graphic.cfm?filename=climate2/large/9.jpg © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

Tecnologie per la riduzione della CO2 Esempio di una serie di azioni 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte I Fonte : ExxonMobil on 22 October 2004 © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

Problemi sull’inquinamento locale dell’aria legati all’utilizzo di combustibili fossili 1 Parte Acidificazione. Smog fotochimico. Polveri e particolato (PM10). 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte B © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

Fonte : Scottish Environment Protection Agency (www.sepa.org.uk) Acidificazione L’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. 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte Fonte : Scottish Environment Protection Agency (www.sepa.org.uk) B © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

Fonte : www.eco.pref.mie.jp Smog fotochimico E’ 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). 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte Fonte : www.eco.pref.mie.jp B © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

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). 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte B Fonte: NAEI (www.naei.org.uk) © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

Tecnologie per il controllo dei probelmi locali dell’aria in relazione ai combustibili fossili 1 Parte Trattamento degli scarichi sugli impianti di generazione e sui veicoli. Aumentare l’efficienza degli impianti di produzione e dei veicoli. Sostituzione dei combustibili fossili nelo stazionario e nei trasporti con combustibili più puliti, possibilmente senza emissioni di carbonio e rinnovabili. 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte B © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

# 5: Prima soluzione: Riduzione del fabbisogno prima della fornitura! 1 Parte # 5: Prima soluzione: Riduzione del fabbisogno prima della fornitura! 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

Prima di tutto Risparmio ed Efficienza Energetica Prima di tutto Risparmio ed Efficienza Energetica! Anche per l’economia all’idrogeno 1 Parte Principio progettuale di base per tutti i sistemi di fornitura di energia: Passo: Riduzione della domanda di energia. 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”. 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte B © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

Potenziale della riduzione di emissioni di CO2 per settori e regioni 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte B © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at Fonte: IEA WEO `04

Grafico Costi per la Riduzione Globale di CO2 al 2030 (oltre al business attuale) Fonte: Vattenfall 2007 © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

1 Parte # 6: Economia dell’idrogeno: Previsioni, Componenti del sistema, Benefici e Sfide 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

Il futuro dell’economia dell’energia con l’idrogeno 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte B © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at Fonte: EC DGRD 2003

Economia dell’idrogeno da rinnovabili – quadro complessivo Generazione di energia elettrica da fotovoltaico, eolico e idroelettrico 1 Parte 2 Parte DEmineralizzazione Elettrolisi 3 Parte Petrolchimica Chimica dell’idrogeno Air Fiumi Oceani Atmosfera Acqua di falda 4 Parte Mercato energia termica 5 Parte Generazione di energia elettrica Applicazioni aerospaziali 6 Parte Liquefazione Traffico stradale I Fonte: Ludwig Jörisson, H2 Training manual, chapter 4

Utilizzo dell’idrogeno oggi Hydrogen is an important raw material in chemical industry: Production of fertilizers. Petrochemistry (Desulfurization, Hydrocracking). Food industry (fat hardening). Metallurgical processes (annealing, hardening, sintering). 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: 1900 industrial use, e.g. gas-welding (This could be considered as the beginning of the hydrogen era!). 1783-1800 first applications in ballooning. 1898 liquefaction to LH2 by James Dewar. 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”). 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte B Fonte: Ludwig Jörisson, H2 Training manual, chapter 4

Idrogeno: Fonti primarie di energia, Conversione e Applicazioni 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte I © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at Fonte: EC DGRD 2003

Idrogeno: Celle a Combustibile, Combustibili e Applicazioni 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte I © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at Fonte: EC DGRD 2003

Tecnologie di produzione dell’idrogeno (sommario) 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte I © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at Fonte: EC DGRD 2003

Tecnologie di stoccaggio dell’idrogeno (Sommario) 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte I © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at Fonte: EC DGRD 2003

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. 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte B © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at Fonte: EC DGRD 2003

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. 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte B © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at Fonte: EC DGRD 2003

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. 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte B © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at Fonte: EC DGRD 2003

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. 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte B © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at Fonte: EC DGRD 2003

Fonte: Center for European Policy Studies (CEPS) 2006 Classificazione generale delle opzioni per la riduzione dei gas-serra --> H2 comporta il miglior rapporto costi-benefici! 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte A Fonte: Center for European Policy Studies (CEPS) 2006 © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at

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. 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5 Parte 6 Parte B © Graz Energy Agency - For requests: Bleyl@grazer-ea.at Fonte: EC DGRD 2003