L’idrogeno verde, generato attraverso l’energia in eccesso prodotta da fonti eoliche e solari, rappresenta oggi una delle colonne portanti della transizione energetica globale. Essendo una fonte energetica priva di combustibili fossili, offre il vantaggio strategico di poter essere stoccata localmente e trasportata verso i consumatori finali attraverso vaste reti di distribuzione. Tuttavia, questo passaggio verso una nuova economia energetica non è privo di pericoli: le infrastrutture di trasporto e stoccaggio sono esposte a rischi sistemici significativi, che spaziano dai disastri naturali ai sabotaggi, fino alle sanzioni politiche che possono compromettere improvvisamente gli approvvigionamenti. In questo contesto, la capacità di progettare infrastrutture energetiche resilienti è diventata una priorità assoluta per salvaguardare la sicurezza nazionale e internazionale.
Un nuovo strumento di simulazione idraulica per la resilienza energetica
Per rispondere a queste sfide, i ricercatori del Fraunhofer Institute for High-Speed Dynamics, Ernst-Mach-Institut (EMI), hanno annunciato lo sviluppo di un innovativo strumento di simulazione idraulica. Questo software è stato specificamente progettato per assistere i pianificatori nella creazione di una rete dell’idrogeno che sia non solo efficiente, ma soprattutto capace di resistere a interruzioni critiche. Attraverso la modellazione numerica, il sistema permette di analizzare le reazioni dinamiche delle reti dotate di sistemi di stoccaggio, individuando preventivamente i punti deboli e i componenti critici dell’infrastruttura. L’algoritmo è in grado di classificare la gravità degli impatti e valutare la tenuta complessiva del sistema anche in condizioni operative estreme, fornendo dati precisi non solo sugli elementi che smettono di funzionare, ma anche sulla progressione cronologica del disservizio e sui tempi necessari per il ripristino.
Analisi dinamica contro scenari estremi e sabotaggi
L’unicità di questo approccio risiede nella sua capacità di mappare scenari di crisi che vanno ben oltre l’ordinario. A differenza dei modelli statici tradizionali, lo strumento del Fraunhofer EMI si concentra sulla dinamica dei flussi durante eventi catastrofici. Till Martini, ricercatore presso l’istituto, ha evidenziato la portata del progetto dichiarando testualmente: “Il nostro software è in grado di mappare gli scenari di interruzione più vasti, come una rete che è stata scollegata dalla fonte di approvvigionamento per 30 ore”. Questa profondità di analisi permette di prevedere con esattezza come un evento traumatico si propaghi lungo i gasdotti. Martini ha aggiunto che: “Questo ci consente di mappare gli effetti dell’interruzione sull’intera rete, ad esempio mostrando quali elementi della rete non sono più operativi e l’impatto che questo sta avendo sullo stato del sistema. Simulare le reazioni dinamiche della rete a eventi estremi è particolarmente importante”.
Dalla rete del gas all’idrogeno la sfida della conversione tecnica
Il fondamento tecnologico di questa innovazione affonda le radici nel progetto europeo SecureGas, originariamente concepito per modellare le reti di gas naturale in condizioni di deviazione dallo standard operativo. La sfida attuale consiste nel riadattare questi modelli alla realtà dell’idrogeno, un elemento chimico con caratteristiche fisiche molto diverse dal metano. In Germania, gran parte della futura rete centrale sarà realizzata attraverso la riconversione dei gasdotti esistenti. Till Martini ha spiegato la complessità tecnica di questo processo affermando che: “Lo sviluppo di una rete di idrogeno in Germania è una componente chiave della transizione energetica. Una grande parte della rete centrale deve essere creata convertendo le condutture di gas naturale esistenti per l’idrogeno”. Non si tratta di un semplice cambio di sostanza, ma di una ridefinizione dei parametri fisici di trasporto. Secondo Martini: “L’idrogeno ha proprietà fisiche diverse dal gas naturale. Le molecole sono più piccole, il tasso di diffusione è più alto e anche le condizioni di pressione dovranno essere regolate. Tuttavia, i principi di trasporto sono ancora comparabili”.
Stoccaggio e previsioni la chiave per un approvvigionamento stabile
Il software sviluppato dal Fraunhofer EMI è il primo a offrire previsioni rapide e continue sul comportamento del sistema prima, durante e dopo gravi interruzioni, applicabili sia a reti ibride che a reti di idrogeno puro. Oltre a identificare potenziali strozzature nell’approvvigionamento, lo strumento serve a testare concretamente le strategie di mitigazione del rischio. Una delle scoperte più rilevanti riguarda il ruolo cruciale dei sistemi di accumulo per bilanciare le perdite di pressione e flusso. Martini ha sottolineato come: “Le nostre simulazioni mostrano che ulteriori impianti di stoccaggio di idrogeno sarebbero in grado di compensare le carenze di approvvigionamento in caso di interruzione”. Tuttavia, la ricerca evidenzia che, a causa della minore densità e del minor valore calorifico dell’idrogeno rispetto al gas naturale, saranno necessarie capacità di stoccaggio significativamente più ampie per garantire la stessa efficacia. Queste analisi forniscono indicazioni vitali per gli operatori di rete e le autorità pubbliche, permettendo una pianificazione consapevole e basata su dati scientifici per il futuro sistema energetico internazionale.