Oltre al costo dell’elettricità, il prezzo dell’idrogeno dipende in gran parte dal costo di investimento iniziale dell’elettrolizzatore. Minori sono le ore a pieno carico, maggiore è l'impatto. L’analista BloombergNEF (BNEF) vede una serie di possibili percorsi diversi per lo sviluppo del mercato.
Tutti gli elettrolizzatori hanno al centro uno stack specifico per tecnologia, in cui l'acqua viene divisa in idrogeno e ossigeno. Questo è costituito da piastre bipolari saldate a tenuta di gas e membrane di plastica accuratamente stratificate, uno dei principali fattori di costo in ogni impianto di elettrolisi. Xiaoting Wang, analista di BloombergNEF, ha parlato con 20 aziende in tutto il mondo nell'ambito dello studio "Electrolysis System Capex [spese in conto capitale] potrebbe diminuire del 30% entro il 2025". Ciò le ha permesso di conoscere la struttura dei costi di 30 progetti e di determinare, ad esempio, le componenti del prezzo per un impianto di elettrolisi alcalina da 10 MW in Cina nel 2021.
Lo stack rappresentava circa il 33% dei costi totali, ha detto Wang, con il 40% dei costi provenienti da altre apparecchiature tecniche, tra cui l'elettronica di potenza, la separazione di gas e liquidi e la purificazione del gas (vedi grafico sotto). Un ulteriore 27% dei costi era attribuibile ad altre spese del progetto, come ingegneria civile, installazione di attrezzature e alloggi.
Alcalino cinese
Il rapporto BNEF afferma che un sistema alcalino da 10 MW è spesso costituito da due stack da 5 MW che forniscono idrogeno a 16 bar. Il produttore offre solitamente una soluzione completa con tutti gli accessori e l'installazione. Gli sviluppatori cinesi hanno ricevuto un’offerta del genere nel 2021 per soli 303 dollari/kW, ovvero un totale di circa 3 milioni di euro (3.2 milioni di dollari). Ciò non includeva la tassa di connessione alla rete, i trasformatori ad alta tensione o altri costi “soft” come le spese per lo sviluppo, le approvazioni e gli accordi di finanziamento.
Wang ha affermato che i costi di progetto nei mercati occidentali con elettrolizzatori prodotti in patria sono circa quattro volte più alti. I costi di investimento sono stati in media di 1,200 €/kW per gli elettrolizzatori alcalini e di 1,400 €/kW per gli elettrolizzatori con membrana a scambio protonico (PEM).
Offerte più economiche, come 180 €/kW, da parte di Peric per un impianto da 80 MW in Cina; o 521 €/kW, da Thyssenkrupp per un impianto da 2 GW in Arabia Saudita, non includono tutti i costi del progetto e, pertanto, non sono comparabili. Includono i tubi di elettrolisi, la separazione e purificazione del gas liquido e l'approvvigionamento idrico. Sono tuttavia esclusi l'elettronica di potenza e i quadri elettrici.
Wang ha attribuito questa grande differenza di prezzo al basso costo della manodopera e alle catene di approvvigionamento consolidate in Cina, dove i produttori di elettrolizzatori possono procurarsi materiali e componenti a prezzi molto più bassi rispetto all’Occidente. Finora, la produzione della maggior parte degli elettrolizzatori non è automatizzata. I produttori cinesi stavano producendo elettrolizzatori su scala megawatt per altri settori prima che ci fosse la domanda da parte dei produttori di idrogeno verde, il che significa che beneficiavano della produzione su scala. Tra i clienti esistenti figuravano produttori di polisilicio per celle fotovoltaiche.
L’analisi di Bloomberg, del settembre 2022, ha affermato che i produttori occidentali potrebbero ottenere costi altrettanto bassi. Per fare ciò, dovrebbero utilizzare una produzione altamente automatizzata. Wang ha affermato di prevedere significative riduzioni dei prezzi già nel 2025 (vedi grafico principale sopra). Anche i prezzi per il 2021 includevano ancora margini adeguati per le società di ingegneria, approvvigionamento e costruzione (EPC). Lo sviluppo a lungo termine mostra che i prezzi per i progetti di elettrolisi convergeranno in tutto il mondo a partire dal 2035.
Gli investitori occidentali tendono ad affidare ad una società EPC la gestione di un intero progetto per una somma forfettaria e ad affidarsi ad aziende grandi e rinomate. Tuttavia, tali aziende di solito hanno poca esperienza nella costruzione di impianti di elettrolisi, quindi i premi per la sicurezza nel prezzo dell'offerta complessiva sono elevati. Con la crescente esperienza e l’ingresso di progettisti specializzati, che porta ad una maggiore concorrenza, questi supplementi dovrebbero diminuire.
Contenitori prefabbricati
Anche i fornitori di attrezzature si sforzano di offrire prodotti che riducano il carico di lavoro in cantiere e quindi i costi. Una tendenza che supporta questo è lo sviluppo di sistemi containerizzati. Ciò significa che i diversi componenti del sistema non devono essere assemblati in loco ma vengono invece prefabbricati in fabbrica, testati e consegnati nel luogo previsto. Ciò riduce al minimo le fonti di errore e riduce i tempi di intervento del personale specializzato sul posto.
In un aggiornamento della sua analisi di mercato, Bloomberg ha riportato offerte per tali soluzioni in container a 1,000 dollari/kW. Gli addetti ai lavori del settore hanno addirittura segnalato offerte a partire da 700 dollari/kW, ha detto Wang. Una di queste soluzioni container è stata presentata in a rivista pv Webinar in Germania nel febbraio 2023. L'elettrolizzatore PEM del fornitore tedesco H-Tec ha una potenza di 1 MW e produce 450 kg di idrogeno al giorno. Registrazioni di rivista pv i webinar sono disponibili su pv-magazine.com/webinars.
Chi vuole ridurre i costi acquistando un elettrolizzatore dalla Cina deve considerare che i prodotti esportati vengono solitamente venduti con un sovrapprezzo del 20-30% circa rispetto ai prezzi sul mercato interno, spiega BloombergNEF, il che significa che i costi di sviluppo e pianificazione del progetto sarebbe ancora più alto. È importante considerare che la scelta di un marchio cinese per la fornitura delle apparecchiature principali potrebbe ridurre la possibilità di un progetto di ricevere sussidi locali e potrebbe incidere sul finanziamento.
I primi progetti sull'idrogeno verde erano, e sono tuttora, progettati principalmente per attingere elettricità dalla rete, con il consumo di elettricità degli elettrolizzatori bilanciato mensilmente o annualmente con la produzione di elettricità rinnovabile dei fornitori. In questo caso, lo svantaggio tecnico dell'elettrolisi alcalina in termini di flessibilità non darebbe fastidio agli operatori.
Tuttavia, dopo il 2030, la maggior parte dei nuovi progetti sull’idrogeno verde dovranno garantire una corrispondenza oraria tra la produzione di energia e il consumo di energia per i sistemi di elettrolisi collegati alla rete, il che porterà allo sviluppo di più progetti off-grid, ha affermato Wang. Questa tendenza non è dovuta solo alla necessità di una definizione più chiara di idrogeno verde. Un collegamento diretto agli impianti di produzione di energie rinnovabili dovrebbe anche migliorare la fattibilità economica in futuro. Dopotutto, utilizzare la rete per spostare enormi quantità di elettricità costerà di più in futuro. L’elettrolisi con elettricità di rete stabile, quindi, in futuro non sarà in grado di produrre idrogeno più economico che con l’energia solare ed eolica, con i loro bassi costi di produzione di elettricità.
riduzione dei costi
È qui che entrano in gioco gli elettrolizzatori PEM. Questi possono seguire meglio le fluttuazioni dell'offerta elettrica e funzionare in modo efficiente anche nel funzionamento a carico parziale o fuori rete. Tuttavia, questa tecnologia deve ancora ridurre significativamente la sua dipendenza dai costosi metalli del gruppo del platino, in particolare dall'iridio, per conquistare una quota di mercato dominante, ha affermato Wang. Plug Power, dagli Stati Uniti, e ITM Power, dal Regno Unito, utilizzano da 200 grammi a 300 grammi di iridio per megawatt di capacità.
L'attuale produzione mondiale di iridio è di circa sette tonnellate all'anno. Anche se l’intero volume fosse utilizzato per produrre catalizzatori per l’elettrolisi PEM, questa catena di approvvigionamento potrebbe supportare solo un massimo di 35 GW all’anno. Il PEM potrà dominare il mercato dell’idrogeno verde solo se i produttori riusciranno a ridurre significativamente il consumo di iridio per unità in questo decennio o a ottenere un effetto equivalente parallelamente a un migliore riciclo dei metalli. Wang ha affermato che Electric Hydrogen, un nuovo produttore di elettrolizzatori PEM con sede negli Stati Uniti, ha già riferito di utilizzare significativamente meno iridio rispetto ai concorrenti.
Esiste anche la possibilità che l’elettrolisi con membrana a scambio anionico (AEM) possa sostituire la PEM dopo il 2030 perché non utilizza metalli costosi. Ciò significa che i produttori devono riuscire a sviluppare stack adatti a progetti su larga scala. Enapter è un pioniere dell'AEM, costruendo piccoli stack e assemblandoli in unità più grandi da 1 MW che sono ancora piccole rispetto ad altri elettrolizzatori. La società californiana Verdagy ha appena iniziato a vendere moduli da 20 MW, ciascuno composto da due stack da 10 MW.
Stack più grandi
Produrre più idrogeno da un singolo stack è un’altra strada per ridurre i costi. Un modo per raggiungere questo obiettivo è aumentare la dimensione dello stack stesso. Secondo Wang, il più grande stack commerciale con 15 MW, entrato sul mercato nel settembre 2023, proviene da Longi. Anche se aumentare la dimensione dello stack sembra semplice, presenta diversi svantaggi. In primo luogo, diventa più difficile spostare unità di grandi dimensioni, soprattutto per le vendite internazionali. In secondo luogo, con unità più grandi, le forze meccaniche e le sollecitazioni diventano più irregolari, il che influisce sulla sicurezza ed è associato a una minore efficienza.
È possibile ottenere una maggiore resa aumentando la densità di corrente. In parole povere, più elettroni passano attraverso la pila, più idrogeno può essere prodotto. La semplice applicazione di una tensione più elevata può aumentare la densità di corrente ma ha un effetto dannoso sull'efficienza. La strategia per mantenere o addirittura aumentare l’efficienza è quella di rivedere le strutture interne e introdurre catalizzatori e membrane avanzati.
A lungo termine è preferibile aumentare la densità di corrente, ha spiegato Wang. Plug Power e ITM Power sono in testa con una densità di corrente superiore a 3 A/cm2 (ampere per cm2) seguito dal produttore AEM Verdagy, con 2A/cm2. La maggior parte degli elettrolizzatori alcalini cinesi hanno solo 0.3 A/cm2. Wang, a sua volta, ha appreso da Electric Hydrogen che il loro prodotto avrebbe una densità di corrente ancora più elevata rispetto a Plug Power e ITM Power. Ha stimato che, entro il 2030, le densità di corrente saranno vicine a 10 A/cm2 sarà tipico per i restanti produttori di elettrolizzatori PEM.
Più concorrenza
Entro il 30 i costi dei prodotti occidentali potrebbero inizialmente diminuire di circa il 2025%. Oltre al progresso tecnologico è probabile che aumenti anche la concorrenza. I produttori di tutto il mondo hanno annunciato per quest'anno una capacità produttiva di 52.6 GW, mentre le consegne sono ottimisticamente di soli 5 GW, secondo le previsioni di BloombergNEF. In Cina, dove esiste già una forte concorrenza per gli ordini da parte degli sviluppatori di progetti, i margini dei produttori sono piccoli. Inoltre, gli sviluppatori si tutelano dai rischi nei confronti del produttore pagando solo fino all'85% del prezzo concordato alla consegna e il resto una volta completata la messa in servizio e le prestazioni sono ancora buone dopo 18 mesi.
La pressione sui mercati occidentali non è ancora così forte, poiché gli investitori e i promotori di progetti in Europa e negli Stati Uniti possono fare i conti con sussidi relativamente elevati. Ma anche qui le capacità produttive aumentano e le fabbriche devono essere sfruttate appieno. Se anche i produttori cinesi cercheranno la loro salvezza nelle esportazioni, è prevedibile che la guerra dei prezzi aumenterà su tutti i mercati.
Le opinioni e le opinioni espresse in questo articolo appartengono all'autore e non riflettono necessariamente quelle sostenute da rivista pv.
Questo contenuto è protetto da copyright e non può essere riutilizzato. Se vuoi collaborare con noi e desideri riutilizzare alcuni dei nostri contenuti, contatta: editors@pv-magazine.com.
Fonte da rivista pv
Dichiarazione di non responsabilità: le informazioni sopra riportate sono fornite da pv-magazine.com indipendentemente da Alibaba.com. Alibaba.com non rilascia alcuna dichiarazione o garanzia in merito alla qualità e all'affidabilità del venditore e dei prodotti.
