23 Maggio 2022
Energia Fonti rinnovabili

Idrogeno verde: con acqua e rinnovabili la soluzione più efficace

Una ricerca della Società di consulenza Wood MacKenzie prevede che la differenza dei costi di produzione dell’idrogeno verde rispetto a quello grigio, ed anche blu, si annullerà nel giro di 10-20 anni, a seguito della spinta politica che tale tecnologia sta ricevendo e che sta determinando un’implementazione a livello di scala.

Jules Verne, il grande scrittore francese di fantascienza, con “Dalla Terra alla Luna” (1865) aveva anticipato lo sbarco sul nostro satellite dei tre astronauti di Apollo 11 (1969) e con “Ventimila leghe sotto i mari” (1870) aveva immaginato un sottomarino in grado di esplorare gli abissi, quando ai suoi tempi esistevano solo dei approssimativi prototipi. Anche in “L’isola misteriosa” (1875) aveva previsto l’utilizzo dell’idrogeno come combustibile in grado di sostituire il carbone quando questo si sarebbe esaurito:
Che cosa si brucerà al posto del carbone? [domanda il marinaio Bonadventure Pencroff all’ingegnere Cyrus Smith, suo compagno d’avventura]
L’acqua.
– L’acqua! L’acqua per scaldare i battelli a vapore e le locomotive?! L’acqua per scaldare… l’acqua!?
– Sì, ma l’acqua decomposta nei suoi elementi costitutivi dall’elettricità, che sarà allora una forza potente e maneggevole. Sì; io sono convinto che un giorno l’idrogeno e l’ossigeno utilizzati simultaneamente o separatamente, forniranno una sorgente di calore e di luce inesauribile e d’una tale intensità quale il carbone non seppe mai dare. Un giorno, le stive dei battelli e i tender delle locomotive invece che di carbone saranno carichi di questi due gas compressi, che bruceranno nelle caldaie con un’enorme potenza calorifica. Niente paura, dunque; finché la terra sarà abitata, essa basterà ai bisogni dei suoi abitatori che non mancheranno mai né di luce né di calore, così come non mancheranno dei prodotti dei tre regni della natura. Quando i giacimenti di carbone saranno finiti, si riscalderà e ci si riscalderà con l’acqua. L’acqua, ecco il carbone dell’avvenire
”.

L’ingegnere Cyrus (e Verne, ovviamente) che aveva indicato in 200-300 anni l’esaurimento delle miniere di carbone, non poteva immaginare che i gas serra che inducono i cambiamenti climatici avrebbero costretto ad anticipare la dismissione delle fonti fossili e di spingere sulle tecnologie clean, tra cui l’idrogeno verde è il vettore energetico che può dare un notevole contributo al processo ineludibile di transizione energetica.

Esistono due modi principali per produrre idrogeno. Il primo metodo, il più diffuso che rappresenta oltre il 95% dell’attuale produzione, è il reforming ottenuto dalla gassificazione di combustibili fossili. L’altro è l’elettrolisi  che separa idrogeno e ossigeno, partendo dall’acqua tramite l’energia elettrica.

Secondo la nomenclatura utilizzata da Wood MacKenzie, la rinomata Società di consulenza e ricerca nel settore dell’energia, dei prodotti chimici, delle energie rinnovabili, delle risorse minerarie, la maggior parte dell’idrogeno utilizzato come prodotto chimico industriale, è marrone (brown), se prodotto mediante gassificazione del carbone o della lignite; grigio (grey), se è prodotto mediante reforming con metano a vapore, che tipicamente utilizza gas naturale come materia prima. 

Nessuno di tali processi è esattamente compatibile con la decarbonizzazione. Un’opzione più pulita è l’idrogeno blu (blue), quando le emissioni del reforming del metano vengono catturate e stoccate (CCS) ma le emissioni sono ridotte utilizzando la cattura e lo stoccaggio del carbonio (CCS). Questo processo potrebbe dimezzare all’incirca la quantità di carbonio prodotta, ma è ancora lontano dall’essere privo di emissioni.

L’idrogeno verde (green), al contrario, potrebbe quasi eliminare le emissioni, utilizzando energia rinnovabile per alimentare l’elettrolisi dell’acqua. Un’aggiunta più recente alla gamma di colori per la produzione di idrogeno è il turchese (turquoise), prodotto scomponendo il metano in idrogeno e carbonio solido utilizzando un processo chiamato pirolisi. L’idrogeno turchese potrebbe sembrare relativamente basso in termini di emissioni perché il carbonio può essere seppellito o utilizzato per processi industriali come la produzione di acciaio o la produzione di batterie, senza immissione in atmosfera. Tuttavia, una ricerca recente ha dimostrato che l’idrogeno turchese emette quantità notevoli di gas serra durante il processo di decomposizione del metano e per l’elevato calore necessario, e sarebbe sostenibile economicamente solo se il carbonio solido di scarto venisse venduto.

Finora i costi di produzione dell’idrogeno ne hanno frenato la diffusione (tra l’idrogeno grigio e quello verde c’è la differenza di 1 a 4), ma ora fattori politici e ambientali offrono prospettive concrete, specie dopo che l’UE ha adottato la StrategiaA hydrogen strategy for a climate-neutral Europe” che individua nell’idrogeno una priorità, e come tale riceverà investimenti dal Recovery Fund, da InvestEU, dal Fondo per l’innovazione finanziato dal sistema EU-ETS  e dal Programma per la ricerca Orizzonte Europa.

Alcuni Paesi europei (Paesi Bassi, Norvegia, Portogallo e Spagna)  hanno annunciato di voler adottare una strategia nazionale sull’idrogeno con l’obiettivo di stabilire un quadro normativo per il settore, tra questi la Germania ha annunciato che investirà 9 miliardi di euro per promuovere la produzione di idrogeno verde. Il settore privato si è pure mosso: BP, Shell e Repsol implementeranno progetti di idrogeno a basse emissioni di carbonio al fine di raggiungere i loro obiettivi di emissioni nette zero.

Anche la filiera italiana del settore è pronta a cogliere le opportunità offerte dall’idrogeno, come ha evidenziato la recente Conferenza, organizzata dal World Energy Council (WEC) Italia e dall’Associazione italiana di ingegneria chimica (AIDIC), alla quale hanno preso parte alcune delle principali realtà nazionali del settore tra cui EniH2ITSaipemNextChem e McPhy Italia. Lo stesso Governo italiano avrebbe intenzione di allinearsi agli obiettivi di produzione, in termini di GW installati, proposti dagli altri Paesi.

Questa spinta politica potrebbe innescare la scalabilità del settore con relativi abbassamenti dei costi di produzione dell’idrogeno. Una recente ricerca di Wood Mackenzie prevede che i costi dell’idrogeno verde diminuiranno fino al 64% entro il 2040, consentendo all’idrogeno rinnovabile di competere sul prezzo con l’idrogeno prodotto da combustibili fossili entro due decenni.

Il 2020 sarà probabilmente il decennio dell’idrogeno – ha affermato Ben Gallagher, analista senior di Wood Mackenzie e autore del rapporto – In media, i costi di produzione dell’idrogeno verde saranno pari all’idrogeno derivato dai combustibili fossili entro il 2040. In alcuni Paesi, come la Germania, questa parità si realizzerà entro il 2030. L’aumento dei prezzi dei combustibili fossili aumenterà la competitività verde, rafforzando ulteriormente le ragioni per lo sviluppo di questa tecnologia nei prossimi anni“.

L’analisi di Wood Mackenzie ha constatato che i progetti annunciati per l’idrogeno verde sono cresciuti negli ultimi 10 mesi da 3,5 GW a poco più di 15 GW, con un’ampiezza e stabilità tali da consentire al mercato di espandersi nel prossimo decennio, riducendo i costi del processo.

Lo studio ha esaminato anche il futuro dell’idrogeno blu, prodotto utilizzando gas naturale ma con la cattura e lo stoccaggio del carbonio, prevedendo che i suoi costi aumenteranno del 59% entro il 2040, soprattutto per effetto dell’aumento dei costi del gas naturale, oltre al fatto che il successo della tecnologia rimane ancora incerto e ostacolato dai costi elevati.

Costi del carbonio, prezzi dei combustibili fossili, prezzi dell’elettricità da rinnovabili, normative sulla qualità dell’aria, sviluppi tecnologici e scelte politiche per quanto riguarda i meccanismi preferiti per la decarbonizzazione, saranno tutti elementi che modelleranno l’offerta e la domanda per l’industria dell’idrogeno.

Nonostante le numerose sfide che attendono il nascente mercato dell’idrogeno verde, siamo fermamente convinti che presto ci sarà una qualche forma di economia dell’idrogeno a basse emissioni di carbonio – ha aggiunto Gallagher – Stante il grado di sostegno politico, aziendale e sociale esplicito che si è evidenziato nel 2020, l’idrogeno verde si espanderà con successo e realizzerà enormi riduzioni dei costi di produzione“.

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