innovazione energetica

Idrogeno verde, cos’è, come funziona, come si produce e vantaggi

E’ oramai chiaro che l’idrogeno rappresenta un pilastro importante nel futuro dell’energy mix a basso impatto. In particolare sull’idrogeno verde puntano le strategie dell’Unione europea.

09 Dic 2021

Nell’ultimo anno c’è stato un grande focus sulle tematiche ambientali legate al cambiamento climatico e all’inquinamento, certamente agevolato anche dalla fase pandemica e dalle accelerazioni di politiche e iniziative legate al processo di transizione energetica e decarbonizzazione. Queste ultime due questioni sono oggetto del cosiddetto Green Deal europeo: il 14 luglio infatti la Commissione europea ha adottato una serie di proposte in materia di clima, energia, trasporti e fiscalità al fine di ridurre le emissioni di gas a effetto serra di almeno il 55% entro il 2030 rispetto ai livelli del 1990. L’obiettivo finale è fare dell’Europa il primo continente a impatto climatico zero entro il 2050. A giocare un ruolo importante nell’accelerazione di questo processo sarebbe l’adottare come “materia prima”, al posto dei combustibili fossili, l’idrogeno, nei settori ad alta intensità energetica, i cosiddetti hard- to-abate (acciaio, vetro, cemento ecc…), come i trasporti e la produzione industriale, e nello specifico l’idrogeno verde.

Ma in riferimento all’idrogeno, già a luglio 2020, la Commissione europea aveva lanciato  ‘A hydrogen strategy for a climateneutral Europe‘.

Cos’è l’idrogeno verde

Per capire che cos’è l’idrogeno verde, bisogna sapere prima che cos’è l’idrogeno: l’idrogeno è il primo elemento chimico della tavola periodica perché il più leggero. Non è solo l’elemento più diffuso nello spazio conosciuto – costituisce quasi il 90% della massa visibile dell’universo -, ma anche formato dall’atomo più semplice in natura (il prozio). Allo stato libero si trova nello stadio gassoso con formula H2. Le stelle sono costituite principalmente da idrogeno che serve proprio come combustibile per le reazioni termonucleari. Ma anche se è l’elemento più abbondante in natura, lo si trova solamente nell’acqua, nel metano o in altri composti organici. L’idrogeno non è esattamente una fonte di energia, bensì quello che viene chiamato un vettore energetico, cioè un mezzo che consente l’immagazzinamento dell’energia che può in seguito venire erogata in altre forme, come l’elettricità o la combustione. Per ottenerlo, il processo più diffuso al mondo è quello denominato Steam Reforming, una tecnica che prevede la combinazione di metano e quantità di calore, un processo che inquina proprio perché produce CO2. È per questo che si è cercata un’altro processo più green, l’elettrolisi: viene separato l’idrogeno dall’ossigeno presente nell’acqua (H2O) non utilizzando combustibili fossili ma energie rinnovabili. Ecco perché viene chiamato idrogeno verde. Certo, non viene prodotta CO2 ma rimane comunque un metodo energivoro, perché si va a perdere circa il 30%-50% di energia, ma questo lo vedremo più avanti.

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Produzione di idrogeno verde

È definito idrogeno verde non solo perché evita le emissioni di CO2 nell’atmosfera, ma anche perchè deve essere prodotto tramite l’utilizzo di fonti di energia rinnovabili come, ad esempio, il fotovoltaico o l’eolico. Si contrappone all’idrogeno grigio, che viene prodotto attraverso l’utilizzo di gas naturale o carbone; e all’idrogeno blu, invece, è prodotto con basse emissioni di carbonio, ma è generato attraverso l’utilizzo di fonti di energia non rinnovabili, come il nucleare o il gas naturale.

Ecco perché l’idrogeno verde ultimamente sta avendo grande attenzione internazionale sull’energy transition. Probabilmente ci vorrà una transizione, prima di passare del tutto all’utilizzo dell’idrogeno verde, ove sarà necessario affiancarlo all’idrogeno blu: infatti per arrivare all’obiettivo di ridurre le emissioni di CO2 del 55% entro il 2030, per una produzione su larga scala servirà generare non solo idrogeno verde, ma anche idrogeno blu e biometano.

Il 95% dell’idrogeno prodotto oggi è grigio. I costi dell’idrogeno variano a seconda del percorso tecnologico e l’idrogeno verde costa attualmente da due a tre volte di più dell’idrogeno blu. Il costo di produzione dell’idrogeno verde è determinato dal prezzo dell’elettricità rinnovabile, dal costo di investimento dell’elettrolizzatore e dalle sue ore di funzionamento. Il principale fattore di costo è quindi il prezzo dell’elettricità.

A cosa serve l’idrogeno verde e come funziona

L’idrogeno verde è fondamentale per il settore energetico. Con l’elettrolisi, attraverso gli elettrolizzatori – macchinari per ricavare energia elettrica dal fotovoltaico, dall’idroelettrico e dal geotermico – viene prodotto l’idrogeno dall’acqua senza l’utilizzo quindi di gas che danneggerebbero l’atmosfera. L’idrogeno verde può essere utilizzato per: combustione, ovvero per alimentare le auto, i mezzi di trasporto leggeri, che però emettono CO2 e allo stesso modo dell’idrogeno grigio; come energia elettrica, per esempio per alimentare un computer; nell’industria pesante, come le acciaierie per scindere ferro e ossigeno. La Commissione europea, per ridurre le emissioni di CO2 nei prossimi anni, ha proposto una crescita in tre fasi:

1) installare 6 GW di elettrolizzatori entro il 2024 e produrre fino a 1 milione di tonnellate di idrogeno verde;

2) installare 40 GW di elettrolizzatori entro il 2030 e produrre fino a 10 milioni di tonnellate;

3) attraverso progetti su larga scala indetti da ogni Paese. L’idrogeno verde dovrebbe raggiungere così la maturità tra il 2030 e il 2050, parallelamente alla massiccia produzione di energia rinnovabile.

Al fine di accelerare la sperimentazione e l’applicazione delle tecnologie a idrogeno, verranno costruite le “hydrogen valleys”, nome che rimembra la famosissima Silicon valley: aree geograficamente delimitate costruite in tutto il mondo per implementare e testare un’infrastruttura dedicata all’alimentazione dei trasporti, al riscaldamento residenziale e industriale, al bilanciamento della rete.

Costi

Attualmente il costo dell’idrogeno verde non è ancora competitivo. Calmierare il prezzo dell’idrogeno sarebbe la chiave per il futuro. Rispetto ad altre fonti rinnovabili, come fotovoltaico ed eolico e all’idrogeno grigio o blu, il prezzo della produzione di idrogeno verde è notevolmente superiore: se il costo dell’idrogeno è di 1 euro/kg e il potere calorifico inferiore è di 33,3 kWh/kg (120 MJ), il costo finale di 1 kWh è pari a 33,3 euro. Questo costo equivale a circa tre volte l’idrogeno grigio o blu e fino a 15 volte il metano. In aggiunta, come già detto, il prezzo oscilla a causa del prezzo dell’elettricità: se la medesima proviene da fonti di energia rinnovabile o nucleare. E tuttora la tecnica dell’elettrolisi è ancora in fase sperimentale.

A questo costo possono essere aggiunte le spese di investimento, elettriche e di manutenzione, che potrebbero rendere più oneroso questo procedimento. Bisognerà sviluppare progetti su larga scala, di ampia portata, così da ridurne il costo di produzione e renderlo più conveniente.

Quali sono i vantaggi

I vantaggi dell’idrogeno verde, ne avevamo parlato anche qui in un nostro articolo, sono dati innanzitutto dal processo di elettrolisi: non viene prodotta CO2 e scorie di alcun tipo; inoltre, se l’elettricità utilizzata per il processo deriva da fonti rinnovabili, si può considerare green al 100%, o per definirlo con la UE “idrogeno rinnovabile”.

Gli investimenti nell’idrogeno saranno un volano di crescita essenziale ai fini della ripresa dalla crisi del COVID-19 e del Green deal europeo nei prossimi anni, offriranno quindi anche opportunità a nuove imprese e supporto all’occupazione. Secondo infatti le stime contenute nell’Hydrogen roadmap Europe del 2019, stilata dalla Fuel cells and hydrogen joint undertaking (Fch Ju), la crescita di questo vettore potrebbe creare in Europa entro il 2050 1 milione di posti di lavoro, per un consumo pari a 665 terawattora (TWh). Sono previsti investimenti sino a 180-470 miliardi di euro in idrogeno verde e sino a 3-18 miliardi in idrogeno blu. Per arrivare a soddisfare il 24% della domanda di energia da qui ai prossimi trent’anni c’è bisogno di:

– eliminare l’idrogeno di origine fossile;

– incentivi per incoraggiare la domanda e creare un mercato europeo e un rapido sviluppo dell’infrastruttura a idrogeno;

– una valutazione della possibilità di riprogrammare i gasdotti esistenti per il trasporto e lo stoccaggio sotterraneo dell’idrogeno;

– una certificazione di tutte le importazioni di idrogeno, seguendo gli stessi criteri previsti per la produzione nell’UE, compresi la produzione e il trasporto, per evitare la delocalizzazione della CO2

In Italia, secondo la Strategia Nazionale Idrogeno, sono previsti investimenti fino a 10 miliardi di euro nella filiera dell’idrogeno, tra produzione (5-7 miliardi), strutture di distribuzione e consumo (2-3 miliardi) e ricerca e sviluppo di tecnologie (circa un miliardo). Un tale contributo potrebbe portare alla creazione di 200.000 posti di lavoro temporanei e 10.000 fissi, per un apporto di 27 miliardi di euro al Pil nazionale.

Photo by Jamison McAndie on Unsplash

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