Perché in molti stanno cedendo al fascino dell’idrogeno?

Identikit dell’elemento 1

L’idrogeno è il primo elemento chimico della tavola periodica, con numero atomico 1: è il più leggero e il più diffuso nell’universo osservabile. E’ il principale componente delle stelle, dove è presente sotto forma di plasma, mentre sulla Terra è raro allo stato libero, e combinato in moltissime forme tra cui l’acqua e i tessuti organici di tutti gli esseri viventi.

A pressione atmosferica e alla temperatura di 25°C si presenta sotto forma di gas biatomico (H2), incolore, inodore, insapore e altamente infiammabile.

Dal momento che sulla Terra è scarsamente presente allo stato libero, (H2), per utilizzarlo è necessario sintetizzarlo a partire da altri composti che lo contengano.

Come si produce l’idrogeno?

Oggi l’idrogeno si produce principalmente attraverso steam reforming di combustibili fossili. Facendo reagire metano e vapore acqueo ad alte temperature si ottengono anidride carbonica e, appunto, idrogeno.

Si parla in questo caso di “idrogeno grigio”, associando il colore al fatto che derivi da un processo inquinante (più correttamente, climalterante) in quanto viene rilasciata CO2 in atmosfera.

Se durante il medesimo processo, la CO2 viene invece catturata e stoccata (CCS), si parla invece di “idrogeno blu”.

Il gas metano è di gran lunga la materia prima principale per la “produzione” idrogeno: sui 70 milioni di tonnellate di H2 estratte ogni anno, circa il 75% deriva dal metano (6% degli usi di metano complessivi), mentre la seconda fonte è il carbone.

Considerando che le applicazioni industriali di CCS si contano sulle dita di una mano, si può dire che quasi l’80% dell’idrogeno attualmente utilizzato è “grigio”.

Esiste un altro modo per produrre idrogeno: l’elettrolisi, cioè la scomposizione dell’acqua nelle sue due componenti utilizzando l’energia elettrica.

Ad oggi solo lo 0,1% dell’idrogeno prodotto deriva da elettrolisi, a causa dei costi del processo troppo elevati. Infatti, se l’energia elettrica necessaria viene prodotta a partire da un combustibile fossile, risulta più conveniente estrarre l’idrogeno direttamente dal combustibile con lo steam reforming.

A questo punto entrano in gioco le fonti rinnovabili, e la produzione dell’idrogeno verde, ovvero quello prodotto con elettrolisi dell’acqua utilizzando energia elettrica prodotta da impianti fotovoltaici o eolici.

Costi di produzione dell’idrogeno verde

Ad oggi, la produzione di “idrogeno verde” è decisamente più costosa della produzione di idrogeno grigio e blu.

Secondo dati IEA del 2018, l’idrogeno grigio da metano può costare al minimo 0,9USD/kg, l’idrogeno blu da metano 1,5USD/kg, l’idrogeno verde da rinnovabili 3USD/kg. In futuro, grazie alla costante riduzione dei costi di generazione di energia elettrica da rinnovabili, l’idrogeno verde potrebbe diventare competitivo con quello prodotto da fonti fossili, in particolare nei confronti dell’idrogeno blu, che presenta dei costi significativi per la cattura e lo stoccaggio del carbonio.

Un altro modo per aumentare la competitività dell’idrogeno verde, sarebbe l’applicazione di una carbon tax, che valorizzi le esternalità negative legate alla produzione di H2 grigio.

In molti stanno cedendo al fascino dell’idrogeno e delle sue applicazioni

Le caratteristiche dell’idrogeno lo hanno reso una specie di materia mitica: gli sono stati dedicati decine di saggi e libri, e nel corso del tempo è stato indicato più volte come lo strumento in grado di porre fine all’era petrolifera e ai problemi geopolitici e ambientali che l’hanno caratterizzata. In verità, le applicazioni pratiche sono ancora molto limitate e solo ora sembra che i grandi player del mercato energetico inizino a sviluppare piani concreti.

Dove utilizzare l’idrogeno?

Automotive

Per molti anni si è pensato che l’idrogeno sarebbe diventato il combustibile di riferimento per le automobili private.

Oggi quell’idea sembra essersi molto ridimensionata: l’auto elettrica pare stia vincendo la partita e quasi tutte le case automobilistiche stanno rallentando o fermando i programmi di sviluppo di vetture alimentate a idrogeno. La Commissione Europea però ci crede ancora molto e dedica molto spazio ai trasporti nella sua “Hydrogen Roadmap”.

Se non avrà successo per le auto private, probabilmente l’idrogeno potrebbe ritagliarsi un ruolo importante nell’alimentazione di autobus, camion, treni e navi, applicazioni per le quali l’alimentazione elettrica richiede batterie molto grandi, pesanti e costose.

Rete elettrica

Un altro ambito in cui l’idrogeno potrebbe essere protagonista è il bilanciamento della rete elettrica. Sole e vento non sono prevedibili o controllabili come un motore a combustione che si può accendere e spegnere a piacimento. Si potrebbe quindi utilizzare l’idrogeno come serbatoio di energia: quando la produzione di energia da fonti rinnovabili fosse superiore alla domanda della rete, sarebbe utilizzata per produrre idrogeno da elettrolisi dell’acqua.

Successivamente, quando sole e vento fossero scarsi, quello stesso idrogeno potrebbe essere trasformato nuovamente in energia elettrica. Non si tratta comunque di un processo di semplice realizzazione perché lo stoccaggio di grandi quantità di idrogeno è un problema tecnologico complesso e perché, per essere economicamente efficiente, un impianto per elettrolisi deve lavorare almeno 4.000 ore/anno e non solo saltuariamente: si fa quindi strada anche l’ipotesi di realizzare impianti a rinnovabili specificamente destinati alla produzione di idrogeno da stoccare.

Il nuovo metano

Un ulteriore possibile utilizzo dell’idrogeno, particolarmente caro ai tradizionali player del mercato dei combustibili è la “decarbonizzazione delle reti metanifere”. In Europa (e l’Italia in questo primeggia) è presente un esteso network di reti per il trasporto del gas naturale, che viene utilizzato sia dalle industrie che dalle abitazioni. In totale si stima che 90 milioni di abitazioni (pari al 42% degli abitanti europei) utilizzino metano per il riscaldamento.

Secondo il già citato Hydrogen Roadmap dell’UE, sarebbe possibile mixare nei gasdotti fino al 20% di idrogeno senza dover apportare significativi cambiamenti tecnologici né alla rete né alle caldaie. Successivamente, con modifiche più significative, sarebbe possibile giungere alla totale sostituzione del metano con l’idrogeno.

Per il riscaldamento domestico comunque, l’idrogeno dovrà vedersela con le tecnologie elettriche, che oggi, grazie a pompe di calore molto efficienti, riescono a sostituire completamente le vecchie caldaie a metano. Viceversa, l’idrogeno sembra rappresentare l’unica alternativa ai combustibili fossili nei settori industriali in cui non esiste una reale alternativa elettrica: è il caso della siderurgia, dell’industria della plastica, cartaria e del cemento.

 

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