Le energie rinnovabili e a basso costo, come l’eolica e il solare, possono contribuire a rendere l’idrogeno verde un pratico sostituto dei combustibili fossili.
di Peter Fairley
Un chilogrammo di idrogeno ha circa tre volte più energia di una quantità comparabile di diesel o benzina. Se può essere realizzato in modo pulito ed economico, potrebbe essere la chiave per fare pulizia in una serie di settori vitali. Oggi, la maggior parte dell’idrogeno prodotto viene prodotto combinando gas naturale con vapore ad alte temperature. È un processo ad alta intensità energetica che emette quantità considerevoli di anidride carbonica, il principale gas serra che guida il cambiamento climatico.
Ma una piccola e crescente percentuale si ottiene scindendo l’acqua nei suoi elementi costitutivi con l’elettricità, un processo noto come elettrolisi. Anche questo richiede molta energia, ma se l’elettricità proviene da una fonte rinnovabile come l’energia eolica o solare, produce emissioni nocive minime. Questo cosiddetto idrogeno “verde” è oggi circa tre volte più costoso da produrre rispetto all’idrogeno derivato dal gas naturale (che è principalmente metano, le cui molecole sono composte da un atomo di carbonio legato a quattro atomi di idrogeno).
Ma si tratta della metà di quanto costava 10 anni fa. E poiché il costo dell’energia eolica e solare continua a diminuire e le economie di scala intorno alla produzione di idrogeno verde entrano in gioco, potrebbe rappresentare un processo molto più conveniente. Se ciò accadrà, l’idrogeno verde ha il potenziale per diventare un combustibile fondamentale per un futuro decarbonizzato. Parallelamente, con il miglioramento delle tecniche di cattura del carbonio, l’idrogeno potrà essere estratto dal gas naturale senza rilasciare la stessa quantità di anidride carbonica nell’atmosfera.
L’idrogeno è prezioso in parte a causa della sua versatilità. Può essere bruciato come sostituto di combustibili fossili come carbone, petrolio e gas naturale. Questi combustibili producono tutti anidride carbonica quando vengono bruciati, mentre la combustione di idrogeno puro in una turbina produce solo vapore acqueo. Tuttavia, catalizza anche la produzione di ossidi di azoto nocivi a causa delle alte temperature coinvolte. Un altro modo per utilizzare l’idrogeno è nelle celle a combustibile, che combinano l’idrogeno con l’ossigeno per creare acqua ed elettricità – il contrario dell’elettrolisi – senza produrre ossidi di azoto.
L’idrogeno può alimentare veicoli tra cui automobili, autobus, treni e aeromobili, tramite celle a combustibile o con la combustione diretta. Quest’ultima può anche fornire calore a zero emissioni di carbonio per l’utilizzo in acciaierie, cementifici e altri settori. E l’idrogeno verde può sostituire l’idrogeno già utilizzato come materia prima in tutto, dalle raffinerie agli impianti di fertilizzazione, riducendo le loro emissioni di anidride carbonica. Alcuni siti industriali, come le acciaierie e gli impianti chimici, possono anche utilizzare l’ossigeno prodotto come sottoprodotto.
Indipendentemente dalla fase di produzione, lo stoccaggio e il trasporto di idrogeno in modo sicuro e conveniente rimane difficile, soprattutto per alcune applicazioni promettenti come l’aviazione. Ecco perché un’altra opzione è combinare l’idrogeno con il carbonio, che può essere catturato dall’atmosfera in un processo chiamato cattura dell’aria o dalle ciminiere, per produrre combustibili idrocarburici sintetici liquidi più facili da gestire dell’idrogeno. Questi combustibili liquidi possono essere un sostituto più pulito per benzina o diesel.
L’idrogeno può anche essere utilizzato per immagazzinare energia da impianti di energia rinnovabile, che può quindi essere riconvertita in elettricità e immessa nella rete se il vento è assente o non c’è sole o la domanda aumenta. Con così tanti possibili utilizzi, l’ Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA) prevede che entro il 2050 l’idrogeno potrebbe fornire oltre il 10 per cento del fabbisogno energetico globale, producendo più di 11 milioni di gigawattora di energia all’anno. Ciò richiederà più di 4 trilioni di dollari in infrastrutture per la produzione, lo stoccaggio e il trasporto di idrogeno.
La sola Europa punta a 40 gigawatt di capacità di elettrolisi entro il 2030 (Ciò rappresenterebbe circa il 2 per cento del percorso per la previsione 2050 dell’AIE). “È incredibile il numero di progetti grandi e realistici in arrivo “, afferma Christoph Noeres, che dirige il business dell’idrogeno verde per Uhde Chlorine Engineers, una sussidiaria del conglomerato tedesco ThyssenKrupp.
Com’era verde la mia valle
I progetti regionali che collocano gli impianti di elettrolisi dove possono servire a molteplici scopi industriali si stanno formando in tutta Europa. Vicino ad Amburgo, nel nord della Germania, ThyssenKrupp fa parte di un consorzio per l’idrogeno verde da 89 milioni di euro sostenuto da una sovvenzione di 30 milioni di euro del governo tedesco. Il progetto pianificato include una raffineria, un cementificio, gruppi elettrogeni e un parco eolico offshore.
Inizialmente il suo idrogeno verde sostituirà in parte l’idrogeno grigio, come talvolta viene chiamato quello derivato dal gas naturale, utilizzato nella raffineria. Il gruppo tedesco prevede quindi di far reagire l’idrogeno con l’anidride carbonica catturata dal cementificio per produrre sia metanolo, una materia prima chimica, sia carburante sintetico per jet.
A circa 240 chilometri a sud-ovest, un altro consorzio per l’idrogeno verde riutilizzerà i gasdotti dismessi per trasportare il gas idrogeno. Il consorzio prevede di costruire un elettrolizzatore da 100 megawatt. Da lì, spera di convogliare l’idrogeno attraverso una rete di 130 chilometri nella regione industriale della Ruhr.
Se questa riconversione del gasdotto funziona, gli elettrolizzatori collegati a vecchi tubi potrebbero in ultima analisi servire idrogeno verde a quasi tutte le principali industrie tedesche. Ciò allevierà la pressione sulla rete elettrica congestionata della Germania e fornirà anche una pronta fornitura di energia di backup per periodi bui e senza vento.
Altri grandi progetti stanno partendo nei Paesi Bassi, Italia, Spagna, Francia, Gran Bretagna, Canada, Australia, Giappone e Cina. Inizialmente, l’idrogeno prodotto da questi progetti sarà costoso. Tuttavia, la società di consulenza McKinsey stima che entro il 2030 l’idrogeno verde sarà economico quanto l’idrogeno grigio, grazie all’elettrolisi più economica e alla generazione di elettricità rinnovabile, nonché all’aumento dei costi del carbonio.
Il sole splende luminoso
Per raggiungere questi risultati, l’azione politica sarà cruciale. Per prima cosa, gli enti regolatori o i legislatori dovranno consentire ai gasdotti di gas naturale esistenti di trasportare anche l’idrogeno – un processo noto come “miscelazione” – e imporre tagli alle emissioni di carbonio per generare domanda di idrogeno.
Alcune di queste cose stanno già accadendo. La Germania ha apportato un cambiamento importante alla fine dello scorso anno, esonerando i produttori di idrogeno verde dal pagamento di determinati supplementi sull’elettricità. Questo è stato, in effetti, un riconoscimento da parte del governo che l’idrogeno verde è un’estensione dell’energia eolica e solare rinnovabile. Altre normative in discussione in Germania e in tutta Europa richiederebbero riduzioni di carbonio nelle raffinerie e nelle acciaierie e in altre industrie pesanti, ai sensi della direttiva sulle energie rinnovabili della Commissione europea.
Jack Brouwer, direttore associato del programma Advanced Power and Energy dell’Università della California, a Irvine, afferma che sono necessarie politiche simili per far decollare l’idrogeno verde negli Stati Uniti, ma il confronto è appena iniziato. Mentre i governi europei impongono che i gasdotti per il gas naturale accettino l’idrogeno verde – in quantità fino al 12 per cento in volume nei Paesi Bassi – gli operatori del gas statunitensi spesso si oppongono alla miscelazione.
Il blocco della miscelazione dell’idrogeno è un serio ostacolo, secondo Brouwer. La California ha già una regola che impone che un terzo dell’idrogeno pompato nelle stazioni di servizio per i veicoli a celle a combustibile provenga da fonti rinnovabili. Ma attualmente è difficile ottenere l’idrogeno verde. Brouwer afferma che se i produttori potessero utilizzare i gasdotti esistenti come rete di distribuzione, potrebbero costruire con profitto più elettrolizzatori in aree remote particolarmente ventose o soleggiate.
Ci sono anche molti ostacoli tecnici da superare. La portata dell’energia eolica e solare necessaria per gestire una rete globale di impianti di elettrolisi è enorme. Brouwer sostiene che un futuro sostenibile è semplicemente impossibile senza fare affidamento soprattutto sull’idrogeno. Potrebbe avere ragione.
Immagine di: Franziska Barczyk
(rp)
