L’ipotesi di utilizzare l’idrogeno come combustibile ha catturato l'attenzione per il suo potenziale nel decarbonizzare settori industriali e del trasporto. Bruciare idrogeno con bruciatori ad aria soffiata sembra essere una tecnologia promettente, ma ancora in fase di sviluppo con prototipi che ne esplorano le potenzialità. La limitatezza delle fonti di reperimento di idrogeno, le difficoltà di stoccaggio e distribuzione e la mancanza di un quadro normativo ne ostacolano la sua diffusione su larga scala.
Weishaupt sta collaborando con diversi centri di ricerca e enti certificatori sul perfezionamento di questa tecnologia. Investe risorse proprie per acquisire il know-how più avanzato con esperienze dirette, quindi per essere pronta ad immettere sul mercato bruciatori omologati, non prototipi ma con standard seriale e conformi alle normative che in futuro il legislatore vorrà rilasciare.
È importante sottolineare che, la nostra priorità è sempre quella di sviluppare bruciatori seriali che soddisfino i requisiti di sicurezza e affidabilità che sempre ci hanno distinto davanti ai clienti.
Le sfide attuali
Le sfide che affrontiamo si concentrano sui seguenti aspetti fondamentali:
- Sicurezza: La combustione dell'idrogeno puro richiede soluzioni per il controllo fiamma, materiali compatibili e sistemi di sicurezza rigorosi per prevenire fughe, ritorni di fiamma, malfunzionamenti e incidenti.
- Affidabilità: I bruciatori devono essere progettati per garantire un funzionamento impeccabile in condizioni di esercizio normali, che con idrogeno sono risultati più gravose rispetto ai gas convenzionali. I clienti si aspettano da noi bruciatori che funzionino in modo continuo e senza interruzioni. Come sono abituati ad avere con il gas metano.
- Emissioni: La combustione di idrogeno puro non produce CO2. Tuttavia le alte temperature di fiamma favoriscono maggiormente la formazione di NOx termico per la reazione dell’ossigeno con l’azoto contenuto nell’aria comburente.
- Costi: Il costo dei bruciatori ad aria soffiata per idrogeno è sempre un fattore determinante. È necessario sviluppare soluzioni industrializzate e economicamente competitive.
Quadro normativo mancante: lo sviluppo di una normativa che stabilisca standard di sicurezza e prestazioni è fondamentale per favorire l'adozione di questa tecnologia.
Il nostro centro di R&S lavora per affrontare e vincere le suddette sfide. Facciamo test esaustivi alimentando miscele gasN/H2 (in proporzioni definite) e anche di idrogeno puro su determinati modelli di bruciatori (in funzione del fabbisogno di H2 che la combustione richiede).
La complessità della tematica e i dubbi sulla direzione che dovrà prendere lo sviluppo di bruciatori seriali emergono sostanzialmente dalla mancanza di un quadro normativo completo che, oltre alle famiglie di gas costituite dai blend di gasN/H2 in proporzioni definite (H2 <10% e H2 <20%), comprenda anche blend con proporzioni differenti e nientedimeno che l’idrogeno puro al 100%. Le conoscenze che finora abbiamo acquisito ci rendono pronti a portare questa tecnologia sul mercato mediante prodotti di serie (non prototipi) appena il legislatore avrà definito le norme di applicazione, cioè le specifiche regole con cui i bruciatori dovranno essere prodotti, commercializzati e operati in campo.
Stato dell’arte in Weishaupt
Blend di gasN/H2 <10%: I bruciatori di gas Weishaupt ad aria soffiata sono approvati per alimentazioni di blend di gas naturale e idrogeno fino a un contenuto di H2 < 10 %. L'indice di Wobbe del blend alimentato sull'impianto non deve oscillare oltre al ±2 %. Oscillazioni dell'indice di Wobbe > ±2 % impongono una nuova taratura del bruciatore, dopodiché è nuovamente consentito un campo di oscillazione massimo di ±2 %.
Blend di gasN/H2 <20%: Nel corso del 2023, sui nostri banchi di prova i bruciatori compatti (W) e Monarch (WM) nella gamma di potenza < 1,6 MW sono stati testati con miscele gas naturale e idrogeno con H2 fino al 20% in conformità al DVGW Cert ZP3502.20 che è il protocollo per i test di omologazione supplementare con miscele di gasN con idrogeno al 20% vol. Il processo di certificazione è ancora in corso di completamento e ci attendiamo che i certificati TÜV-Süd/DVGW-Cert diverranno disponibili nel corso del 2024.
Per la gamma di potenza > 1,6 MW vi sono attualmente 2 motivazioni che non consentono di andare oltre con le omologazioni supplementari con blend di gasN/H2<20%. Queste sono:
- l’onere della preparazione qualitativa delle miscele gasN/H2 si è rivelato essere significativamente superiore alle nostre originali attese. Questo è ulteriormente aggravato dalla quantità di blend da preparare per eseguire con bruciatori di gas e misti (Standard e LowNOx) sui nostri banchi le prove per potenze > 1,6 MW secondo il protocollo SP 3502.20.
- l’attuale situazione di mercato non si sta evolvendo verso alcun scenario concreto. Quando è previsto che le reti erogheranno blend di gasN con idrogeno H2 da 0 a 20%? Il tenore di H2 sarà fisso o variabile!? Altresì, né il legislatore europeo, né quello nazionale, pongono alcun requisito ai prodotti da certificare. Difficilmente si può dire adesso che le reti gas si convertiranno in tempi brevi dall’attuale distribuzione di gasN alla distribuzione di miscele gasN con H2 al 20%. Di conseguenza, il target di clienti attualmente raggiungibile si riduce solo a quelli che producono H2 in autonomia e da soli si preparano anche le miscele di gasN/H2 =20%. Sarebbe questa l’unica tipologia di clienti che attualmente potrebbe necessitare di prodotti seriali certificati > 1,6 MW.
Grazie all'ampia esperienza che noi abbiamo acquisito con le prove dei bruciatori < 1,6 MW, siamo in grado nell’ambito di un progetto specifico di valutare nel nostro centro R&S la possibilità di impiego con blend gasN/H2 <20% della maggior parte dei nostri bruciatori > 1,6 MW. In caso di valutazione positiva confermeremo che il bruciatore da noi approvato è idoneo per funzionare con blend gasN/H2 <20% con l’avvertenza che manca di certificazione, dato che non c’è quadro normativo secondo cui farla. In tal caso il cliente dovrà concordare con gli enti preposti come farsi carico di un eventuale collaudo specifico in campo.
Blend di gasN/H2 >20%: Tali blend non sono contemplati dal protocollo DVGW Cert ZP3502.20. I nostri test hanno evidenziato che la combustione di miscele gasN/H2 = 20 - 30% sottopone i materiali costruttivi convenzionali a condizioni limite per la loro resistenza. Siamo disposti a verificare caso per caso se un bruciatore convenzionale potrà essere impiegato con blend gasN/H2 >20%.
Idrogeno puro H2 =100%: la combustione dell’idrogeno puro impone adattamenti costruttivi sostanziali per bruciatore, accessori e unità periferiche (p.es. sorveglianza fiamma). Le nostre ricerche sulla combustione di H2=100% con bruciatori ad aria soffiata sono sempre in corso. Al momento non è possibile rilasciare dichiarazioni o impegni in merito.
Conclusione
Come costruttori di bruciatori "Premium", il nostro impegno è essenzialmente quello di realizzare prodotti seriali, verificati e approvati secondo un protocollo di prove riconosciuto in Europa, con l’elevato standard di affidabilità, cui tutti i nostri clienti sono abituati.
I bruciatori Weishaupt di serie certificati sono approvati per blend di gasN/H2<10% sull’intera gamma di prodotto.
I bruciatori Weishaupt fino a 1,6 MW sono stati verificati e approvati secondo protocollo DVGW Cert ZP3502.20 per blend di gasN/H2 <20%.
Una volta che il TÜV avrà completato la certificazione aggiuntiva, tali bruciatori riceveranno il marchio DVGW.
Con blend di gasN/H2 >20% o H2 al 100%, finchè manca un quadro normativo completo, un bruciatore convenzionale non può avere alcuna certificazione basata su un protocollo di prova riconosciuto, quindi per la combustione di blend di gasN/H2 >20% o H2 al 100% ogni bruciatore ad aria soffiata richiederà un collaudo in campo.
Attraverso le nostre ricerche approfondite e continue con i nostri bruciatori ad aria soffiata sulla combustione di blend di gasN/H2 >20% o H2 al 100% abbiamo accumulato un grande bagaglio di conoscenze tale da essere già pronti ad immettere sul mercato nostri prodotti seriali. Saranno certificati non appena i legislatori avranno definito un quadro normativo specifico.
Nel frattempo Weishaupt osserva il mercato, parla con gestori di impianti e società di fornitura di gas. Partecipa alle attività di normizzazione e delle associazioni di settore con l'obiettivo di capire quali qualità di gas dovrebbero in futuro essere coperti con i nostri bruciatori.
Siamo interessati a ricevere richieste e segnalazioni in merito agli scenari che attualmente si diffondono sul mercato come p.es. installazioni di impianti “insulari” dove si produce idrogeno da utilizzare per la combustione, gestori regionali o locali che intendono convertire le loro reti di distribuzione dal gas N all’erogazione pubblica di miscele di gasN con H2, e saremo lieti di poter rispondere a qualsiasi domanda sulla combustione dell’idrogeno.
