Ammoniaca Verde: Perché Meno Energia (A Volte) Costa Meno?

Ciao a tutti, appassionati di futuro sostenibile! Oggi voglio portarvi con me in un viaggio affascinante nel mondo dell’ammoniaca verde. Sì, quella molecola fondamentale per i fertilizzanti (e quindi per sfamare il mondo!) e che promette di diventare un vettore energetico pulito, un modo per immagazzinare e trasportare l’energia rinnovabile. Bello, vero? Ma c’è un “ma”, come sempre quando si parla di innovazione radicale.

Il punto è: come produciamo questa ammoniaca “verde” usando energia solare ed eolica, che per loro natura vanno e vengono come pare a loro, senza far schizzare i costi alle stelle? La sfida è enorme, perché l’industria chimica, storicamente legata a doppio filo ai combustibili fossili, deve reinventarsi completamente.

La Sfida dell’Intermittenza: Costi vs. Utilizzo

Per decenni, produrre ammoniaca (quella “marrone”, da fonti fossili) significava avere una fonte di energia costante, come il gas naturale. Massimizzare l’efficienza energetica era la chiave per ridurre i costi. Logico, no? Più usi bene l’energia che paghi, meno spendi.

Ecco, con le rinnovabili intermittenti, questo paradigma salta. Analizzando migliaia di potenziali siti in tutta Europa, abbiamo fatto una scoperta che può sembrare controintuitiva: per ottenere il costo minimo di produzione dell’ammoniaca verde (il cosiddetto LCOA, Levelized Cost of Ammonia), spesso è economicamente vantaggioso… non utilizzare tutta l’energia rinnovabile disponibile!

Sì, avete letto bene. Parliamo di “curtailment”, ovvero di un taglio intenzionale dell’energia. In media, per ottimizzare i costi, converrebbe tagliare circa il 53% dell’energia solare disponibile e il 34% di quella eolica. Percentuali pazzesche, vero? Questo perché l’alternativa – costruire sistemi di accumulo (soprattutto di idrogeno) enormi per gestire i picchi e le valli di produzione energetica, specialmente le differenze stagionali – costa ancora di più.

Capire il “Costo di Utilizzo”: Perché Tagliare Conviene?

Per capire meglio questo apparente paradosso, abbiamo introdotto un nuovo concetto: il LCOU (Levelized Cost of Utilization), ovvero il costo specifico per utilizzare una determinata “fetta” dell’energia rinnovabile disponibile. Immaginate il profilo energetico annuale del sole o del vento come una torta a strati. Utilizzare gli strati “facili”, quelli più costanti, ha un LCOU relativamente basso. Ma man mano che si cerca di utilizzare anche gli strati più “difficili” – i picchi improvvisi, o l’energia prodotta in eccesso solo in certe stagioni – il costo per farlo (LCOU) impenna.

Questo costo aggiuntivo deriva principalmente da due fattori:

• La necessità di sovradimensionare gli elettrolizzatori (che producono idrogeno dall’acqua) per catturare i picchi di energia.
• La necessità di enormi sistemi di stoccaggio di idrogeno per compensare le fluttuazioni a lungo termine (giornaliere e, soprattutto, stagionali). Lo stoccaggio di idrogeno, ad oggi, è particolarmente costoso.

Quando il costo per utilizzare un ulteriore strato di energia (LCOUs) supera il costo medio totale dell’energia utilizzata fino a quel punto (LAECu, che include anche il costo dei pannelli/turbine), ecco che scatta l’ottimizzazione: meglio tagliare quell’energia troppo “costosa” da gestire.

Location, Location, Location: L’Europa dell’Ammoniaca Verde

Ovviamente, la situazione cambia radicalmente a seconda di dove ci si trova in Europa.

• Sud Europa (Solare): Qui il sole abbonda, ma la sua forte stagionalità (tanto d’estate, poco d’inverno) rende lo stoccaggio di idrogeno un fattore critico. Il curtailment ottimale è spesso elevato.
• Nord Europa (Eolico): Il vento è più costante su base giornaliera, ma presenta comunque fluttuazioni significative che richiedono stoccaggio. Il curtailment è generalmente inferiore rispetto al solare, ma comunque importante.

Le analisi mostrano che i costi più bassi per l’ammoniaca verde si trovano, come prevedibile, nel Mediterraneo per il solare e intorno al Mare del Nord per l’eolico. Tuttavia, anche nelle migliori location, il costo rimane significativamente più alto rispetto all’ammoniaca tradizionale ($1000-$1200/t contro $400-$700/t, con le ipotesi più conservative di produzione costante). Questo evidenzia quanto la strada sia ancora lunga, ma anche quanto sia cruciale ottimizzare non solo la produzione di energia, ma anche il suo *utilizzo*.

Forza nell’Unione: Combinare Solare ed Eolico

Cosa succede se, invece di scegliere tra sole e vento, li usiamo entrambi? Spesso, i loro profili di produzione sono complementari: il sole splende di giorno, il vento magari soffia di più di notte o in altre stagioni. Combinandoli, la fornitura di energia diventa più stabile.

Il risultato?

• Costi (LCOA) più bassi: La media europea scende notevolmente.
• Meno curtailment: Il taglio medio scende al 29%, anche se rimane significativo.
• Costo di utilizzo (LCOU) ridotto: È particolarmente vantaggioso combinare le fonti dove una delle due (o entrambe) non sono “eccellenti” ma “medie”. Una fonte “media” può aiutare a stabilizzare una fonte “ottima”, riducendo drasticamente il costo per utilizzare l’energia di quest’ultima.

Insomma, l’unione fa davvero la forza (e abbassa i costi!).

Flessibilità è la Chiave: Far “Ballare” l’Impianto con l’Energia

Un’altra strategia fondamentale è rendere l’impianto di produzione di ammoniaca (il processo Haber-Bosch, HB) più flessibile. Invece di farlo funzionare sempre al 100%, possiamo permettergli di “rampare”, cioè di variare la sua produzione (ad esempio, tra il 60% e il 100% della capacità, o anche di più) per seguire meglio la disponibilità di energia rinnovabile.

Questo aiuta a:

• Ridurre ulteriormente i costi (LCOA): Si scende sotto i $1000/t nelle location migliori.
• Diminuire il curtailment: Il taglio si riduce ancora, arrivando in media al 39% per il solare e al 20% per l’eolico (con rampa 60-100%).
• Abbassare il costo di utilizzo (LCOU): La flessibilità riduce drasticamente la necessità di stoccaggio di idrogeno a lungo termine.

Tuttavia, anche la flessibilità ha i suoi limiti. Non elimina completamente il costo legato al sovradimensionamento degli elettrolizzatori per gestire i picchi rapidi (soprattutto solari). E spingere la flessibilità a livelli estremi (es. operare fino al 10% della capacità) introduce altri costi legati all’efficienza ridotta a bassi regimi. In alcuni casi ottimali (migliori siti eolici con alta flessibilità), si può arrivare a utilizzare quasi il 100% dell’energia, ma non è la norma.

Ammoniaca Verde vs. Rete Elettrica: Dove Sta il Valore?

Ok, abbiamo capito che produrre ammoniaca verde ha un suo costo di utilizzo dell’energia. Ma questo utilizzo, quanto *vale* rispetto ad altre opzioni, come vendere l’elettricità rinnovabile direttamente alla rete? Qui entra in gioco il LVOU (Levelized Value of Utilization): il valore di mercato dell’ammoniaca prodotta meno il costo per utilizzare l’energia (LCOU).

Confrontando questo valore con i prezzi dell’elettricità sulla rete (che variano molto durante l’anno e a seconda del mix energetico nazionale), emergono scenari interessanti:

• Spagna (tanto solare) e Norvegia (tanto idroelettrico): Qui la penetrazione di rinnovabili/fonti a basso costo è già alta, e i prezzi sulla rete sono spesso bassi. In questi contesti, utilizzare l’energia per produrre ammoniaca verde (con un LVOU potenzialmente stabile e alto) può essere più profittevole che vendere elettricità alla rete.
• Germania (mix più vario, con più fossili): Qui i prezzi medi sulla rete sono più alti. Produrre ammoniaca verde potrebbe essere meno conveniente rispetto a vendere elettricità, a meno che non intervengano fattori come alte tasse sulla CO2 o sussidi specifici per i prodotti verdi.

Questo ci dice una cosa fondamentale: man mano che le rinnovabili diventeranno dominanti sulle reti elettriche, deprimendone i prezzi, trasformare quell’energia in prodotti chimici verdi come l’ammoniaca diventerà un mercato sempre più strategico e attraente.

E l’energia che tagliamo (curtailment)? Potremmo venderla alla rete? A volte sì, ma spesso (come nel caso del solare in Spagna) i momenti di surplus per l’impianto di ammoniaca coincidono con i momenti di surplus (e prezzi bassi) sulla rete. Serve quindi pensare ad altri usi, al famoso “sector coupling”.

Conclusioni: Un Nuovo Modo di Pensare l’Efficienza

Questo viaggio nell’ammoniaca verde ci insegna che l’elettrificazione dell’industria chimica con rinnovabili intermittenti richiede un cambio di mentalità. L’efficienza non è più solo massimizzare l’utilizzo dell’input energetico, ma trovare il bilancio ottimale tra costi di capitale (impianti, stoccaggio) e utilizzo dell’energia.

Il curtailment non è uno “spreco” da evitare a tutti i costi, ma uno strumento di ottimizzazione economica. Combinare diverse fonti rinnovabili e rendere i processi produttivi più flessibili sono strategie chiave per rendere l’ammoniaca verde (e altri prodotti chimici verdi) competitiva.

Infine, comprendere il “costo di utilizzo” (LCOU) e il “valore di utilizzo” (LVOU) è fondamentale per integrare la produzione chimica nel più ampio sistema energetico del futuro, creando sinergie vantaggiose sia per l’industria che per la rete. La strada è complessa, ma le analisi come questa ci aiutano a illuminarla!

Fonte: Springer