Produrre idrogeno senza inquinare

In un momento in cui è essenziale creare un mix energetico sicuro, pulito e sostenibile per tutti, l’Ue investirà 430 miliardi di euro sull’idrogeno verde entro il 2030 per favorire il raggiungimento degli obiettivi stabiliti dall’Accordo di Parigi

La produzione di acciaio è un potenziale obiettivo per l’idrogeno.
La produzione di acciaio è un potenziale obiettivo per l’idrogeno.

L’energia ottenuta dall’idrogeno è molto versatile, in quanto può essere utilizzata in forma gassosa o liquida, ed essere convertita in elettricità o carburante. Attualmente, ogni anno vengono prodotti circa 70 milioni di tonnellate di idrogeno a livello globale, per impieghi che spaziano dalla raffinazione del petrolio alla produzione di ammoniaca, alla produzione di acciaio, di sostanze chimiche e fertilizzanti, nella lavorazione degli alimenti, nella metallurgia e in molti altri campi. Oggi si parla molto di idrogeno verde, ossia dell’idrogeno che viene ottenuto da fonti rinnovabili senza emissioni climalteranti anziché da combustibili fossili, e che ha come unico sottoprodotto l’acqua.

Come viene prodotto l’idrogeno verde?

Il processo più comune per produrre idrogeno verde è l’elettrolisi dell’acqua alimentata con energia elettrica prodotta da eolico e fotovoltaico. Enea (Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile) ha invece brevettato un metodo per produrre idrogeno verde e ossigeno dall’acqua utilizzando l’energia solare. Ad oggi è green circa il 4/5% dell’idrogeno globale; tuttavia, alla luce della progressiva riduzione del costo dell’energia solare ed eolica e degli elettrolizzatori, questa modalità di produzione può rivelarsi un “game changer” per la transizione energetica. Una tendenza pienamente recepita da Enea che si accinge a creare, presso il proprio Centro di Ricerche della Casaccia, una “Demo Hydrogen Valley”, dove sviluppare tra l’altro tecnologie innovative per la produzione, lo stoccaggio e gli usi finali dell’idrogeno. Il progetto si propone di realizzare un incubatore di tecnologie e servizi legati all’intera filiera industriale dell’idrogeno come tecnologia abilitante per la transizione energetica, perché la tecnologia dell’idrogeno è centrale in vista del processo di decarbonizzazione del nostro Paese.

L’idrogeno può contribuire a una riduzione di 560 milioni di tonnellate di CO2.
L’idrogeno può contribuire a una riduzione di 560 milioni di tonnellate di CO2.

Elettrificazione del sistema energetico

Una delle vie verso una forte decarbonizzazione è l’elettrificazione dell’intero sistema energetico e l’utilizzo di energia rinnovabile pulita. Tuttavia, una totale elettrificazione sarebbe difficile o almeno molto più costosa che combinare la generazione rinnovabile con combustibili a basse emissioni di carbonio. E l’idrogeno verde è uno dei tanti potenziali combustibili a basse emissioni di carbonio che potrebbero prendere il posto degli idrocarburi fossili. Secondo Enea, solo l’idrogeno verde potrà ricoprire questo ruolo, in alternativa all’idrogeno prodotto dal reforming del gas naturale (idrogeno grigio), dalla gasificazione del carbone (idrogeno nero) e dalla lignite (idrogeno marrone), che costituisce oggi complessivamente circa il 99% dell’idrogeno prodotto a livello mondiale con ingenti emissioni di anidride carbonica. L’uso più immediato dell’idrogeno verde è semplicemente quello di sostituire le grandi quantità di gas già prodotte con metodi ad alta intensità di carbonio per soddisfare le esigenze dell’industria. Sulla base dei dati dell’Agenzia internazionale per l’energia, nel 2018 sono stati utilizzati 38,2 milioni di tonnellate (MT) di idrogeno per la raffinazione del petrolio, mentre altri 31,5 MT sono stati destinati alla produzione di ammoniaca. Un altro potenziale obiettivo per l’idrogeno verde si ha nella produzione di acciaio, dove si stanno sviluppando processi diretti di riduzione del ferro che utilizzano il gas per rimuovere l’ossigeno dal minerale.

La sfida dei sistemi di riscaldamento

Allo stesso tempo, la decarbonizzazione dei sistemi di riscaldamento residenziali e commerciali è una sfida importante nei Paesi che utilizzano il gas naturale. Una risposta immediata al problema, anche se parziale, è quella di miscelare idrogeno verde con il gas naturale per ridurre il contenuto di carbonio di quest’ultimo. È tuttavia probabile che ne valga la pena solo in luoghi in cui i prezzi del gas naturale sono relativamente alti, come in Europa, e vi sono dei limiti alla percentuale massima di idrogeno utilizzabile. Secondo il National Renewable Energy Laboratory (NREL) è infatti possibile miscelare fino al 20% di idrogeno (in volume) con il gas naturale, benché non tutte le condutture del gas naturale siano costruite con materiali in grado di resistere a questa concentrazione. Restano inoltre dei problemi significativi da superare, soprattutto per quanto riguarda la distribuzione e lo stoccaggio dell’idrogeno. Un modo per aggirare l’ostacolo è convertire il gas, altamente volatile e infiammabile, in un combustibile leggermente più malleabile come l’ammoniaca o il metano. Tuttavia, poiché in questa conversione andrebbe persa dell’energia, converrebbe farlo solo quando il valore del prodotto risultante è relativamente alto, o per ottenere prodotti specifici che può essere difficile produrre direttamente dal gas naturale.

L’idrogeno verde permetterebbe di sostituire il gas prodotto con metodi ad alta intensità di carbonio.
L’idrogeno verde permetterebbe di sostituire il gas prodotto con metodi ad alta intensità di carbonio.

Uno sviluppo inarrestabile

Secondo vari studi, tra i quali il rapporto “Hydrogen Roadmap Europe: A sustainable pathway for the European Energy Transition”, l’idrogeno può diventare un elemento essenziale per accelerare la transizione energetica e generare importanti vantaggi socioeconomici e ambientali, arrivando a coprire il 24% della domanda finale di energia e creare 5,4 milioni di posti di lavoro entro il 2050, oltre a contribuire a una riduzione complessiva di 560 milioni di tonnellate di CO2. Lo sviluppo delle tecnologie associate alla elettrolisi e uno sforzo di industrializzazione massiccio per questa filiera industriale dovrebbero abbassare fortemente il costo di costruzione degli elettrolizzatori. Tutto questo, accoppiato alla crescente economicità dell’energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili, potrebbe rendere sempre più competitiva la produzione di idrogeno verde. Secondo “Bloomberg New Energy Finance”, i costi di produzione dell’idrogeno verde potranno scendere di oltre il 70% nei prossimi dieci anni. Allo stesso tempo, per la produzione dell’idrogeno verde saranno necessari nuovi impianti o il revamping di impianti esistenti, con forti implicazioni in termini di nuova automazione industriale e di processo, e un’importante ricaduta sullo sviluppo economico del nostro Paese. Una cosa è certa: il mercato dell’idrogeno verde seguirà una traiettoria determinata dal sostegno politico e dagli investimenti delle aziende in questa tecnologia. Ed entrambi i fattori si stanno muovendo molto velocemente. Come rimarcato dalla IEA (International Energy Agency), non vi è mai stato un momento tanto opportuno per sfruttare il potenziale dell’idrogeno nella costruzione di un futuro mix energetico sicuro, pulito e sostenibile per tutti i consumatori.