IDROGENO, fonte alternativa per la transizione energetica

Di Carlo Caloisi

L’universo è composto da una vasta gamma di elementi chimici che si combinano dando luogo ad innumerevoli composti. Ogni componente ha un ruolo fondamentale per garantirne l’esistenza. Gli elementi chimici più diffusi sono idrogeno, azoto ed ossigeno. Il primo fra questi è il più abbondante tanto da costituirne il 75%.

Oltre a garantire la vita ad innumerevoli specie viventi, l’idrogeno può essere utilizzato anche per generare energia, tanto che negli ultimi anni viene particolarmente considerato come un punto di forza in una ottica di sviluppo della transizione energetica.

Tra le caratteristiche che lo rendono particolarmente appetibile per il conseguimento di una energia “pulita” (quando brucia emette energia ed acqua e l’energia che sprigiona è tripla rispetto a quella della benzina), ha però un aspetto non di poco conto e non esattamente virtuoso; cioè che in natura non si trova mai allo stato puro, di fatto, ma in combinazione con altri elementi chimici come ossigeno (H2O, l’acqua) e carbonio (CH4, metano).

Da questo aspetto si deduce che l’idrogeno, proprio perché non puro, è un vettore di energia e non una fonte diretta come lo è, ad esempio, il metano.

Pertanto isolarlo comporta un trattamento chimico che genera un notevole dispendio di energia e quindi un significativo investimento economico.

Attualmente l’idrogeno (invisibile ad occhio nudo) viene prodotto quasi completamente (95%) attraverso la tecnologia di reforming che, in funzione della fonte con cui interagisce nel corso del processo, assume un aggettivo diverso ad esso associato: è grigio se deriva dalla interazione con il gas naturale, nero se dal carbone, marrone se dalla lignite. Tale produzione è associata ad ingenti emissioni di anidride carbonica. Poi c’è quello viola, prodotto mediante l’energia nucleare attraverso il processo di elettrolisi.

Nessuno di questi processi produce energia pulita.

Per ottenere energia pulita, le strade percorribili sono due:

  • dal gas naturale tramite il reforming, ma catturando e sequestrando la CO2 emessa nel processo (detto anche idrogeno blu);
  • generarlo dalla scissione della molecola d’acqua (H2O) tramite il processo di elettrolisi con l’utilizzo di energia elettrica rinnovabile (fotovoltaico, eolico, idroelettrico) – idrogeno verde.

Per ottenere idrogeno verde, il rendimento con il processo di reforming non supera l’80%, mentre quello per elettrolisi è di circa il 60% (scende a valori inferiori se l’energia non è pulita).

Per ricavarne energia, ci sono due modalità:

  • utilizzarlo come un combustibile, alla stessa stregua del metano;
  • generare energia elettrica nelle celle a combustibile dove si adotta il processo inverso dell’elettrolisi con un rendimento del 60% circa se ottenuto da energia pulita (molto minore se altrimenti – 48% con il reforming).

Il tallone di Achille delle fonti rinnovabili è data dalla discontinuità della loro produzione energetica. Il rendimento del fotovoltaico è funzione dei mutamenti dell’irraggiamento solare che di notte è nullo, mentre quello dell’eolico è condizionato dall’intensità del vento tutt’altro che costante.

Una delle motivazioni ad investire sull’uso dell’idrogeno come vettore energetico ha proprio l’obiettivo di superare questi limiti.

Quindi si sta ragionando anche in questi termini, cioè creare una complementarietà tra le fonti; quando l’energia elettrica prodotta dalla fonte rinnovabile è superiore alla domanda può essere dirottata per effettuare l’elettrolisi dell’acqua e produrre idrogeno, mentre si userà idrogeno per produrre energia elettrica nelle celle a combustibile.

Questo metodo è certamente una soluzione, ma va considerato comunque che il rendimento è al momento molto basso (infatti se il rendimento per elettrolisi è il 60% e quello delle celle sempre del 60%, il complessivo sarà il prodotto tra i due: 36%). Nei fatti quindi si spreca il 64% dell’energia prodotta dal surplus dalle rinnovabili.

L’obiettivo quindi del prossimo futuro sarà proprio questo, cioè trovare metodi alternativi o migliorare gli esistenti allo scopo di rendere l’idrogeno davvero competitivo nell’ambito della transizione energetica.

Nonostante queste difficoltà le istituzioni stanno lavorando molto in progetti che implicano l’utilizzo dell’idrogeno.

In Italia nel 2019 e’ stato presentato il “Piano nazionale integrato per l’energia ed il clima” (PNIEC) che ha portato nel novembre del 2020 ad un documento del ministero dello sviluppo economico denominato “Strategia nazionale idrogeno: linee guida preliminari”, che si prefigge tra gli obiettivi di:

  • giungere al 2% circa di penetrazione dell’idrogeno nella domanda energetica finale;
  • investire fino a 10 miliardi di euro di investimenti per idrogeno (da aggiungere a quelli delle fonti energetiche rinnovabili), di cui metà da risorse e fondi ad hoc;
  • ridurre fino a 8 milioni di tonnellate le emissioni di CO2eq (anidride carbonica equivalente);
  • produrre circa 5 GW di capacità di elettrolisi per la produzione di idrogeno;
  • aumentare di 27 miliardi di euro il prodotto interno lordo;
  • creare oltre 200.000 posti di lavoro temporanei e fino a 10.000 posti fissi.

che sono in linea con i regolamenti europei e con quelli del Green Deal europeo.

A questo proposito, durante la sessione plenaria di maggio dell’anno scorso, i deputati si sono espressi sulla proposta della commissione del luglio 2020 (“Una strategia per l’idrogeno per un’Europa climaticamente neutra”), sostenendo che l’idrogeno verde sia l’unico in grado di poter contribuire in modo sostenibile al raggiungimento della neutralità climatica nel lungo termine ed incentivando i Paesi membri ad unire le forze per la produzione e l’innovazione tecnologica tesa alla sua produzione.

Carlo Caloisi

FONTI ED APPROFONDIMENTI

  1. Che cosa è l’energia ad idrogeno?: https://www.conserve-energy-future.com/advantages_disadvantages_hydrogenenergy.php
  2. Diamo i numeri sull’idrogeno: https://sostenibilitaequitasolidarieta.it/diamo-i-numeri-sullidrogeno/#:~:text=Il%20processo%20per%20ottenere%20idrogeno,34*0%2C30);
  3. Piano nazionale integrato per l’energia ed il clima (PNIEC – dicembre 2019) – Ministero dello Sviluppo Economico: https://www.mise.gov.it/images/stories/documenti/PNIEC_finale_17012020.pdf
  4. Strategia Nazionale Idrogeno – Linee Guida Preliminari (novembre 2020) – Ministero dello Sviluppo Economico: https://www.mise.gov.it/images/stories/documenti/Strategia_Nazionale_Idrogeno_Linee_guida_preliminari_nov20.pdf;
  5. Le fonti rinnovabili: risultati, obiettivi, incentivi e progetti di sviluppo nel PNRR (giugno 2021): http://documenti.camera.it/leg18/dossier/pdf/AP0232.pdf?_1625671898684;
  6. Vantaggi e svantaggi dell’idrogeno: https://www.conserve-energy-future.com/advantages_disadvantages_hydrogenenergy.php
  7. Idrogeno (IEA- International Energy Agency): https://www.iea.org/reports/hydrogen
  8. Green deal Europeo: https://ec.europa.eu/info/strategy/priorities-2019-2024/european-green-deal_en
  9. Climate change: MEPs advocate push for renewable hydrogen, integration of energy systems (comunicato stampa, maggio 2021): https://www.europarl.europa.eu/news/it/press-room/20210519IPR04310/meps-advocate-push-for-renewable-hydrogen-integration-of-energy-systems
  10. A hydrogen strategy for a climate-neutral Europe: https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/hydrogen_strategy.pdf
  11. Powering a climate-neutral economy: An EU Strategy for Energy System Integration (luglio 2020): https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/energy_system_integration_strategy_.pdf
  12. L’idrogeno rinnovabile: quali vantaggi per l’UE?: https://www.europarl.europa.eu/news/it/headlines/society/20210512STO04004/idrogeno-rinnovabile-quali-sono-i-vantaggi-per-l-ue#:~:text=L’idrogeno%20pulito%20(‘idrogeno,durante%20le%20fasi%20di%20produzione.
  13. Hydrogen: a renewable energy perspective (IRENA – International Renewable Energy Agency – Settembre 2019): https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2019/Sep/IRENA_Hydrogen_2019.pdf ;
  14. Green hydrogen: a guide to policy making (IRENA, novembre 2020): https://www.irena.org/publications/2020/Nov/Green-hydrogen ;
  15. Green hydrogen Supply: A Guide to Policy Making (IRENA, maggio 2021): https://www.irena.org/publications/2021/May/Green-Hydrogen-Supply-A-Guide-To-Policy-Making
  16. Geopolitics of the Energy Transformation: The Hydrogen Factor (IRENA, gennaio 2022): https://www.irena.org/publications/2022/Jan/Geopolitics-of-the-Energy-Transformation-Hydrogen
  17. Green hydrogen for Industry: A Guide to Policy Making (IRENA, marzo 2022): https://www.irena.org/publications/2022/Mar/Green-Hydrogen-for-Industry