L’idrogeno rinnovabile – comunemente noto come “Green Hydrogen” – ha una value proposition rispettabile. Non solo offre tutti i vantaggi dell’energia rinnovabile a settori in stallo come il trasporto marittimo, il trasporto ferroviario, l’aviazione e l’industria pesante, ma potrebbe consentire ai Paesi europei di liberarsi dalla dipendenza dai fornitori di risorse energetiche provenienti dall’estero.
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Letto da: Linda Grasso
Che cos’è il Green Hydrogen e come si produce?
Se prendiamo tra le mani la tavola periodica notiamo che l’idrogeno è il primo elemento illustrato. Il suo numero atomico è 1, che indica la presenza di un protone nel nucleo atomico. Tuttavia, nonostante sia la sostanza più comune nell’universo, l’idrogeno non esiste in forma “pura”, ma deve essere estratto dai suoi composti. Derivato dall’antica parola greca húdōr (“acqua”) combinata con la radice -ghen (“generare”), il significato letterale di idrogeno è “generatore di acqua”.
L’idrogeno puro può essere ottenuto applicando dei processi trasformativi che assumono nomi diversi a seconda dei metodi utilizzati. I principali sono:
- Grey Hydrogen deriva da un processo chimico chiamato “Steam Methane Reforming” (SMR – reazione di reforming con vapore), che si basa sull’uso di combustibili fossili. Sebbene il processo sia efficiente ed economico, lascia una pesante impronta di carbonio.
- Blue Hydrogen utilizza lo stesso metodo di produzione del grigio, ma, nella fase finale, cattura la CO2 attraverso un processo noto come “Carbon Capture”. Sebbene il protocollo CCUS (Carbon Capture, Utilization and Storage) imponga ai produttori un obiettivo minimo di cattura del 90%, la maggior parte delle organizzazioni indipendenti cattura solo un misero 60%.
- Green Hydrogen viene prodotto attraverso l’elettrolisi. In sostanza, si utilizzano fonti di energia rinnovabili per scindere idrogeno e ossigeno, trasformando così l’energia elettrica in energia chimica senza produrre emissioni di carbonio. A tal fine, l’acqua deve entrare in contatto con due elettrodi (un anodo con carica positiva e un catodo con carica negativa). La corrente elettrica, che passa attraverso i due elettrodi, separa le molecole in ioni idrogeno H+ e ioni idrossido OH-. Dopo una reazione di riduzione, gli ioni idrogeno acquisiscono elettroni e si trasformano in idrogeno gassoso. Per rendere il processo il più ecologico possibile, la cella a elettroni deve trovarsi nei pressi di un impianto di energia rinnovabile per sfruttare questo tipo di elettricità. Fonte: ENEL.
Infine, l’opzione emergente di decarbonizzazione, Turquoise Hydrogen (Turchese), è generato dalla pirolisi. Anche se durante il processo viene utilizzato il metano, il sottoprodotto di carbonio rimane allo stato solido e non inquina l’aria.
Per un bel riassunto visivo di queste differenze nei metodi di produzione e dei relativi processi di adozione del Green Hydrogen nei settori in crisi energetica, date un’occhiata all’infografica qui sotto:
Idrogeno: un vettore energetico verde
Per i fanatici della scienza, come me, è affascinante considerare l’idrogeno non come una fonte di energia, ma come un vettore energetico che assume la forma di un gas. L’energia viene prima immagazzinata in forma chimica e poi rilasciata in un secondo momento. Poiché questa energia può essere compressa in serbatoi ad alta pressione, è possibile trattenerla e trasportarla.
In combinazione con le celle a combustibile, l’energia immagazzinata può essere rilasciata direttamente sotto forma di batteria. L’idrogeno può essere utilizzato anche per bilanciare la rete elettrica. Quando le centrali eoliche e fotovoltaiche funzionano al massimo, cioè producono più energia del necessario, l’eccesso può essere utilizzato per produrre idrogeno. Al contrario, in assenza di sole o vento, l’idrogeno immagazzinato può essere riconvertito in elettricità per compensare una temporanea carenza.
(Vale la pena notare che i motori a combustione interna a idrogeno non possono essere considerati a emissioni zero. Sebbene la combustione non generi di per sé anidride carbonica, produce ossidi di azoto che sono inquinanti).
Green Hydrogen: il futuro dei trasporti e dell’industria pesante
Per decenni, i maggiori emettitori di anidride carbonica sono stati messi sotto accusa per le loro pratiche devastanti per l’ambiente. Mentre il settore industriale è responsabile del 30% delle emissioni e del 37% del consumo totale di energia nel mondo (secondo il World Economic Forum), i trasporti sono responsabili di un quinto delle emissioni globali di anidride carbonica. Ad eccezione dei treni, questi settori dipendono quasi interamente dai combustibili fossili; solo il 38% dell’offerta è generato da fonti energetiche pulite. Le navi sono talmente inquinanti che i governi hanno imposto l’uso di combustibili fossili a basso impatto quando si avvicinano alle coste.
Certo, i trasporti pesanti non possono funzionare a batterie, a causa del loro peso eccessivo, della quantità di energia che richiedono e dei tempi di ricarica. Basta immaginare una nave portacontainer, con un terzo dello spazio non disponibile e tempi di attesa prolungati, per capire che gli svantaggi sarebbero chiaramente superiori ai benefici. Tuttavia, a prescindere dalla nostra dipendenza da questi settori, non possiamo continuare a ignorare il fatto che siano le maggiori fonti di emissioni di gas serra.
La domanda diventa “Come può il Green Hydrogen migliorare il settore dei trasporti?” Per quanto riguarda le automobili, le nostre attuali infrastrutture e la leggerezza delle batterie rendono l’elettricità la soluzione più praticabile. Navi, treni e camion, invece, trarrebbero beneficio dal Green Hydrogen. Lo stesso vale per l’industria pesante, dove il consumo di energia è ai massimi storici. Attualmente, per alimentare le operazioni si utilizza il gas naturale o l’elettricità, una soluzione più ecologica ma solo in misura limitata.
Non sorprende che la riduzione di CO2 nelle fabbriche sia una sfida importante, che richiede l’uso di nuove tecnologie e la riprogettazione di flussi e processi per supportare il Green Hydrogen. In quest’ottica, la Commissione europea ha lanciato il progetto H2Future, che mira a facilitare la decarbonizzazione attraverso l’uso del Green Hydrogen. Sebbene sia ancora in fase di ricerca, credo che questo progetto stia andando nella giusta direzione.
La transizione alle rinnovabili
Una delle principali barriere logistiche della transizione alle rinnovabili è di natura geofisica. La realtà è che non si possono installare turbine eoliche ovunque, o un impianto fotovoltaico in un’area poco soleggiata. È del tutto irrealistico pensare di poter semplicemente sostituire le centrali a carbone con quelle rinnovabili. Oltre all’ubicazione, dobbiamo tenere conto delle strutture necessarie per trasportare l’energia dal sito di produzione a quello di consumo (questo include la distanza e le modalità di trasporto, con possibili perdite e infrastrutture critiche).
A queste questioni tecniche si aggiunge la necessità di soddisfare l’opinione pubblica e di garantire che i residenti locali siano favorevoli a queste misure. Se la storia ci ha insegnato qualcosa, è che questi ostacoli politici potrebbero rallentare la costruzione degli impianti, se non addirittura bloccarla con un cambio di partito politico.
Il punto è che la trasformazione del settore energetico richiede studi di fattibilità complessi e approfonditi. Tra le soluzioni proposte c’è quella di combinare la trasmissione dell’elettricità con il Green Hydrogen prodotto nei pressi degli impianti di energia rinnovabile, per poi trasportarlo con camion alimentati a idrogeno o attraverso condutture sotterranee. Una proposta simile è stata presentata da Snam, una società gestita dallo Stato italiano attraverso la Cassa Depositi e Prestiti. L’obiettivo è quello di sfruttare le infrastrutture esistenti costruite per il trasporto del metano, convertendole in idrogeno.
Idrogeno: la strada verso l’indipendenza energetica
Durante la scrittura di questo articolo, la guerra in Ucraina è in corso e sarebbe imprudente fare proiezioni basate sul contesto attuale. Mi limito a dire che uno dei maggiori vantaggi del Green Hydrogen è che potrebbe spezzare la dipendenza dell’Europa dai fornitori di risorse energetiche provenienti dall’estero.
In questo quadro, bisogna tener conto che quando il nostro Paese ha scelto di rinunciare all’energia nucleare, abbiamo fatto un importante passo indietro rispetto all’indipendenza energetica. Sebbene le ragioni di questa scelta rimangano valide, soprattutto perché le centrali installate nei Paesi vicini non sono riuscite a mitigare i rischi, abbiamo rinunciato ai benefici senza proteggerci dalle conseguenze.
Spero che, come nazione, possiamo imparare dagli errori del passato e che, quando usciremo dalla pandemia COVID-19 e da conflitti più ampi, i leader europei sappiano valutare le esigenze strategiche di ciascun Paese progettando soluzioni che offrano benefici a lungo termine. A mio avviso, l’inclusione dell’idrogeno verde nel mix di fonti e vettori è una leva importante per accelerare la nostra transizione verso un futuro più verde.
Trasporti e fabbriche producono una larga parte delle emissioni globali di CO2. Per sfruttare i vantaggi del Green Hydrogen in questi settori saranno necessarie nuove tecnologie e la riprogettazione di flussi e processi. Condividi il Tweet
L’idrogeno ha perso la battaglia automobilistica ma non la guerra
Quando si parla di veicoli elettrici, l’idrogeno può aver perso la battaglia iniziale, ma rimane un forte concorrente per il futuro del carburante. A parte le considerazioni tecniche di cui sopra, i produttori e i burocrati hanno pensato poco a cosa succede quando i veicoli a batteria si rompono e le batterie devono essere smaltite. Sebbene i materiali utilizzati nelle batterie siano in gran parte riciclabili, è difficile ottenere dati globali sulla percentuale di batterie agli ioni di litio effettivamente riciclate (le stime indicano solo il 5%).
Mentre i produttori continuano a cercare modi per riciclare rame e alluminio, sarebbe utile che i politici stabilissero un quadro normativo per limitare, se non prevenire, l’inquinamento futuro. La mia speranza è che gli interessi economici non prevalgano sulle soluzioni ecologiche.
Critiche all’idrogeno
Nell’interesse di una piena trasparenza e divulgazione, è importante parlare delle principali critiche mosse all’idrogeno verde. La sfumatura è fondamentale. Spesso, quando si parla di idrogeno, non si distingue tra le tipologie e gli impatti ambientali associati. In questo modo si corre il rischio di considerare l’idrogeno come un vettore di inquinamento quando, se prodotto da energia rinnovabile (come nel caso del Green Hydrogen), non genera CO2.
Ho letto anche critiche sui costi di produzione. Non c’è dubbio che nella fase iniziale i costi siano maggiori dei benefici, ma questo discorso vale per tutte le transizioni energetiche. Mentre i benefici ambientali possono essere attesi ora, i risparmi sui costi si vedranno in futuro.
Altri punti dolenti sono legati alla sicurezza dello stoccaggio e del trasporto dell’idrogeno. Senza dubbio questi problemi sono preoccupanti, ma, come per gli altri materiali infiammabili che trattiamo, è necessaria un’attenta analisi. Le valutazioni del rischio dovrebbero essere utilizzate per progettare strutture e percorsi sicuri, non per creare barriere al progresso.
Vale la pena menzionare anche il punto di vista delle organizzazioni ambientaliste, che tendono a paragonare l’idrogeno verde prodotto tramite elettrolisi con l’elettrificazione diretta tramite batterie. Con le tecnologie attuali, quest’ultima è più efficiente, ma il rovescio della medaglia è notevole: lo smaltimento delle batterie al litio.
A mio avviso, è meglio concentrarsi sulla ricerca del giusto mix di alternative ai combustibili fossili, senza fossilizzarsi su un unico pensiero.
Conclusione
Se avessi la certezza che le batterie al litio per alimentare le auto elettriche vengano smaltite o riciclate correttamente senza danneggiare i Paesi in via di sviluppo, direi che sia già stata fatta la scelta giusta per il settore automobilistico. Ma, in tutta onestà, non me la sento di affermare ciò sulla base dei dati che abbiamo a disposizione attualmente.
Per quanto riguarda l’industria pesante e i trasporti, i politici dovrebbero spingere per l’adozione del Green Hydrogen e finanziare la ricerca per migliorare i processi produttivi. Può darsi che l’ingegno umano possa snellire le operazioni rendendo l’idrogeno verde una valida alternativa all’elettrificazione diretta. Ma, poiché non viviamo in un mondo perfetto, la sostenibilità ambientale continuerà a essere vista come un compromesso tra i nostri interessi economici attuali e la protezione delle generazioni future. Senza dubbio sentiremo ancora parlare dei vantaggi delle auto elettriche per molti anni a venire.
La mia modesta proposta è di pensare al Green Hydrogen come a un modo per trasferire i benefici delle energie rinnovabili ai settori in stallo. Questo, non solo alimenterebbe la ricerca, ma ci permetterebbe anche di trovare soluzioni alternative a problemi persistenti per noi e per le generazioni future.
