HyCOMB

Con l’aumento della quota di rinnovabili non programmabili, il problema energetico non è più soltanto produrre elettricità pulita, ma anche conservarla nel tempo e riallinearla ai profili reali di domanda. In questo scenario l’idrogeno si distingue non tanto per l’efficienza round-trip, inferiore a quella dei sistemi elettrochimici, quanto per la capacità di operare come vettore di accumulo di lunga durata e di collegare tra loro elettricità, gas e calore. Questa natura multi-vettore rende l’idrogeno interessante nei contesti industriali, dove la flessibilità non si misura solo in ore di scarica, ma nella possibilità di trasferire energia rinnovabile verso usi finali difficilmente elettrificabili, inclusi i consumi termici. A differenza dei sistemi elettrochimici, particolarmente efficaci nel bilanciamento di breve durata, i sistemi Hydrogen Energy Storage (HES) consentono di accumulare grandi quantità di energia per periodi più lunghi, fino ad arrivare a logiche di accumulo settimanale o stagionale. La catena elettrolisi-compressione-stoccaggio-uso finale comporta penalità energetiche, ma introduce un vantaggio strutturale nella possibilità di trasformare l’energia rinnovabile in eccesso in una molecola stoccabile, trasportabile e utilizzabile anche fuori dal perimetro strettamente elettrico. Per questo l’idrogeno è oggi analizzato come opzione di Long Duration Energy Storage (LDES) soprattutto nei sistemi energetici ad alta penetrazione rinnovabile. Nel progetto HyCOMB questa logica assume una forma particolarmente rilevante in quanto l’idrogeno non viene trattato come semplice output dell’elettrolizzatore, ma come nodo di accumulo e di valorizzazione dell’energia fotovoltaica in un sistema industriale reale. HyCOMB mira a validare la capacità del sistema di trasformare surplus elettrici rinnovabili in flessibilità operativa, riduzione del consumo di gas naturale e progressiva decarbonizzazione dei consumi termici dei siti industriali.

Gli elettrolizzatori a membrana a scambio anionico, o AEM, sono considerati una delle traiettorie più interessanti nello sviluppo dell’idrogeno verde perché cercano di combinare i punti di forza delle tecnologie alcaline e PEM. Da un lato puntano a ridurre il ricorso a catalizzatori nobili e materiali critici, mentre dall’altro mantengono una configurazione compatta e dinamicamente più flessibile rispetto all’elettrolisi alcalina tradizionale. In teoria, questo li rende candidati ideali per sistemi distribuiti, modulari e integrati con fonti rinnovabili variabili. In pratica, però, la distanza tra buone prestazioni di laboratorio e affidabilità industriale resta ancora il vero campo di prova della tecnologia. Le criticità riguardano la stabilità chimica delle membrane, la gestione dell’acqua, l’interfaccia elettrodo-membrana, il degrado in condizioni dinamiche e la difficoltà di mantenere prestazioni elevate senza accelerare i fenomeni di invecchiamento. Nel contesto HyCOMB, l’interesse per l’AEM è volto a validare una tecnologia emergente, potenzialmente più sostenibile e più adatta a configurazioni modulari, inserendola in un sistema integrato. HyCOMB mira a verificare l’interoperabilità degli AEM con il resto dell’architettura impiantistica e digitale, validando al contempo il ruolo della tecnologia quale strumento di flessibilità sistemica.

Il blending tra idrogeno e gas naturale è oggi considerato una delle strategie più immediate per introdurre quote di idrogeno nei sistemi esistenti senza attendere una completa conversione infrastrutturale. Il suo punto di forza è evidente in quanto permette di utilizzare reti, apparecchi e utenze già presenti per ottenere una prima riduzione delle emissioni climalteranti e creare domanda per l’idrogeno rinnovabile. Tuttavia, la presenza di idrogeno nelle miscele combustibili modifica proprietà fondamentali, tra cui velocità di fiamma, limiti di infiammabilità, densità energetica volumetrica, comportamento dell’accensione e dinamica delle emissioni, con effetti che dipendono fortemente dal tipo di infrastruttura e soprattutto dall’utenza finale. I trial europei più noti, come HyDeploy e THyGA, hanno mostrato che molte applicazioni civili e commerciali possono tollerare miscele con percentuali di idrogeno anche significative, spesso fino a circa il 20% in volume, senza impatti rilevanti su sicurezza e funzionalità di base. Allo stesso tempo, la letteratura sottolinea che il blending non è una soglia unica valida per tutti, in quanto dipende materiali, pressioni di esercizio, strumenti di misura, componentistica di rete e tipologia di bruciatore influenzano in modo decisivo la fattibilità tecnica. In HyCOMB, il nodo tecnico più interessante, riguarda gli usi termici industriali, contesti nei quali il blending non è soltanto una questione di compatibilità della rete, ma di stabilità della combustione, qualità della fiamma, trasferimento termico e continuità di esercizio. Studi recenti mostrano che l’idrogeno può migliorare alcuni aspetti della combustione ma, al crescere della sua quota, può anche aumentare la complessità del controllo del bruciatore e generare effetti non lineari sulle emissioni, diversi da tecnologia a tecnologia. È qui che la sperimentazione in ambiente reale diventa essenziale per definire fino a che punto sia realmente gestibile, efficiente e sicuro in un sito industriale specifico.

Nei sistemi energetici industriali complessi, il semplice monitoraggio dei consumi non è più sufficiente per garantire efficienza e sostenibilità. I moderni sistemi di energy management si basano su modelli digitali avanzati, in grado di rappresentare dinamicamente il comportamento degli asset energetici e di supportare decisioni operative in tempo reale. In questo contesto, l’approccio basato su digital twin consente di integrare produzione da fonti rinnovabili, sistemi di accumulo e carichi industriali all’interno di un’unica architettura di controllo. L’evoluzione verso logiche di controllo predittivo permette di anticipare le condizioni operative del sistema, ottimizzando l’utilizzo delle risorse energetiche sulla base di variabili quali disponibilità di energia rinnovabile, domanda interna, stato di carica degli accumuli e segnali di rete. Questo approccio consente non solo di ridurre i costi energetici, ma anche di minimizzare l’impronta carbonica del sito produttivo, migliorando al contempo la flessibilità operativa. Nel progetto HyCOMB, tali principi vengono applicati alla gestione integrata di fotovoltaico, sistemi di accumulo elettrochimico ed elettrolisi per la produzione di idrogeno. La piattaforma HyCOMB-Cloud consente di coordinare i diversi vettori energetici e di ottimizzare il funzionamento del sistema in funzione di obiettivi multipli, tra cui efficienza, sostenibilità e interazione con la rete elettrica. In questo modo, l’energy management evolve da strumento di monitoraggio a elemento centrale per la gestione intelligente dei sistemi energetici industriali.