Brandy Magill (Fort Lauderdale, FL, United States) - Hydrogen
L’idrogeno verde alla ribalta, l’oggetto misterioso
di Vincenzo Rampolla
Molti Paesi si stanno impegnando per la neutralità climatica e sono alla ricerca di soluzioni per decarbonizzare l’economia. L'idrogeno è una soluzione per il futuro: può giocare il ruolo di vettore energetico o di materia prima e può essere utilizzato per immagazzinare periodicamente elettricità attinta da fonti rinnovabili. L'idrogeno ha un grande potenziale per intervenire in settori industriali difficili da decarbonizzare, ad alta intensità energetica, come l'acciaio oltre che per essere utilizzato come carburante verde per i trasporti pesanti, tuttora con inadeguate tecnologie di batterie.
Con il graduale allontanamento dell'UE dalla dipendenza dai combustibili fossili, l'idrogeno può svolgere un ruolo chiave nei futuri sistemi energetici e per l'obiettivo climatico fissato nel Green Deal per l'Europa: neutralità da CO₂ nell'UE entro il 2050. Attraverso una combinazione di energie rinnovabili con intelligente magazzinaggio, efficienza energetica e reti flessibili, si stima che l'energia pulita e sostenibile possa essere fornita su larga scala e nei tempi giusti.
Quale forma di idrogeno è più adatta per raggiungere l’obiettivo climatico?
L'idrogeno è l'elemento più abbondante nell’universo, ma rappresenta solo una piccola frazione del mix energetico globale nell'UE, meno del 2% del consumo energetico europeo proviene oggi dall'idrogeno, impiegato specialmente per produrre plastiche e fertilizzanti. Inoltre, il 96 % di questo idrogeno è derivato dal gas naturale. Questo processo emette enormi quantità di CO₂. La prima sfida è quindi quella di decarbonizzare la produzione di idrogeno. Come? Con una fonte di energia primaria che produca idrogeno. Questa fonte di energia e il relativo processo determinano il grado di pulizia o di inquinamento del prodotto finale. L’idrogeno viene denominato viola, se è ottenuto utilizzando energia nucleare, marrone quando viene ricavato dal carbone. L'idrogeno fossile del gas naturale o del carbone, senza che la CO₂ di scarto venga catturata è spesso indicato come idrogeno grigio. È di gran lunga il tipo più comune di idrogeno in uso oggi. Anche l'idrogeno a basso tenore di carbonio, idrogeno blu, è costituito da gas naturale, in cui la CO₂. emessa durante la sua produzione è immagazzinata nel sottosuolo, a 2.500 m di profondità, rendendolo un'opzione più pulita e con emissioni inferiori. L 'opzione più pulita è quello rinnovabile, idrogeno verde.
È ottenuto da fonti energetiche rinnovabili, come l'energia eolica e solare, attraverso un elettrolizzatore (cella elettrolitica o reattore elettrochimico). Il suo unico sottoprodotto è l'acqua. Quindi, la sua produzione è quasi priva di emissioni: è la forma di produzione che attira maggiormente l'interesse di politici, scienziati e investitori.
E quanto idrogeno si produce in Italia? Secondo i dati ufficiali, la produzione di H₂ ammonta a 9 Mt /anno, per il 95% prodotti dal metano con vapore d'acqua (efficienza energetica 80%, ma si producono 9 kg di CO₂ per ogni kg di H₂ ottenuto). Il tasso di crescita stimato per la produzione di H₂ è del 10% annuo.
A novembre 2020 il Ministero dello Sviluppo Economico ha pubblicato le linee guida preliminari della Strategia Nazionale Idrogeno, in cui vengono sintetizzati gli obiettivi, e le mosse per raggiungerli, a cui mira questa soluzione energetica nel percorso di decarbonizzazione concordato con l’Europa. Il Recovery Plan o Piano di Ripresa e Resilienza (PNRR) ha assorbito i contenuti di questo documento e di altri, come il Piano Nazionale di Intesa per l’Energia e il Clima (PNIEC) che a gennaio 2020 è stato trasmesso a Bruxelles.
Gli obiettivi programmatici sono quelli di ottenere il 2% circa della penetrazione dell’idrogeno nella domanda energetica entro il 2030, fino a 5 GigaWatt per una riduzione delle emissioni di 8 Mton di CO₂ equivalente, e di far salire questa percentuale al 13-14% entro il 2050, arrivando fino al 20%
La seconda delle sei missioni del Recovery Plan è dedicata a Rivoluzione verde e Transizione Ecologica. Questa missione è a sua volta suddivisa in 4 componenti, la seconda delle quali è Energia rinnovabile, idrogeno e mobilità sostenibile. A questa componente sono dedicati circa 18 miliardi di euro dei circa 222 del Recovery Plan e 2 miliardi sono allocati all’idrogeno.
Sono previsti investimenti fino a €10 miliardi nella filiera dell’idrogeno, tra produzione (5-7 miliardi), strutture di distribuzione e consumo (stazioni di rifornimento e mezzi, 2-3 miliardi) e ricerca e sviluppo di tecnologie (1 miliardo circa). Tale contributo potrebbe portare alla creazione di 200.000 posti di lavoro temporanei e 10.000 fissi, per un apporto di €27 miliardi al Pil nazionale.
Dopo aver definito il tipo di idrogeno consigliato, l'UE sta ora studiando come aumentare la produzione, il trasporto e il consumo redditizi di idrogeno rinnovabile per utilizzare la flessibilità e la versatilità offerte da questa fonte di energia per completare la transizione verso l'energia pulita.
I settori industriali ad alta intensità energetica che non sono in grado di decarbonizzare attraverso l'elettrificazione diretta sono alla ricerca di vettori energetici più vicini all'ambiente e a emissioni zero. L'idrogeno rinnovabile offre quindi una prospettiva promettente e realistica per la produzione di acciaio o fertilizzanti dell'ambiente entro il 2030. Nel settore dei trasporti, visti i limiti e i costi delle batterie, i settori del trasporto aereo, marittimo e stradale sono alla ricerca di soluzioni a zero emissioni per viaggi a lunga distanza.
Con l'UE impegnata ad aumentare l'uso di fonti energetiche rinnovabili a livello globale, l'idrogeno rinnovabile va di pari passo con la produzione di elettricità sempre più legata a fonti energetiche rinnovabili. L'idrogeno contribuisce allo stoccaggio a lungo termine e su larga scala di energia rinnovabile e fornisce flessibilità immediata al sistema energetico. Il potenziale per lo stoccaggio dell'idrogeno, principalmente nelle grotte di sale attualmente usate per lo stoccaggio del gas naturale, è particolarmente vantaggioso per le reti elettriche e bilancia l'offerta e la domanda di elettricità quando la produzione di elettricità rinnovabile è eccessiva o insufficiente.
Il Green Deal per l'Europa combina un duplice sforzo per ridurre le emissioni di gas serra e preparare l'industria europea a un'economia climaticamente neutra. In questo contesto, l'idrogeno è visto come un elemento centrale nella soluzione di questi due problemi e nell'evoluzione degli attuali sistemi energetici.
In quest’ottica, a luglio 2020 la CE ha lanciato due iniziative: una strategia per l'integrazione dei sistemi energetici e una strategia separata per l'idrogeno.
La Strategia Europea per l'idrogeno, rilasciata dalla CE nel luglio 2020, vuole essere uno dei cardini della completa decarbonizzazione dell'economia e del raggiungimento degli obiettivi di neutralità climatica al 2050: installare almeno 6 GW di elettrolizzatori di idrogeno rinnovabile in Europa entro il 2024; entro il 2030 si prevede di investire tra i 320 e i 458 miliardi di euro, di cui 220-340 miliardi per aumentare la produzione di energia fotovoltaica ed eolica necessaria all'idrogeno verde, e di installare 40 GW di capacità di elettrolizzatori (attualmente siamo a meno di 1 GW) più altri 40 GW nel vicino medio-oriente, così da raggiungere nel 2050 i 500 GW di capacità installata.
Come già detto, l'utilizzo dell'idrogeno nei consumi finali dovrebbe passare dall'attuale 2% al 14%, coinvolgendo non solo l'industria chimica e di raffinazione, ma anche quella siderurgica, il trasporto pesante via terra, marittimo e aereo, il riscaldamento urbano e industriale.
Nel futuro bilancio dell'UE gli investimenti immediati e a lungo termine sono un primo passo essenziale affinché l'idrogeno verde possa decollare pienamente e dare all'industria europea il giusto posizionamento in un mercato globale altamente competitivo. A tal fine, ha sviluppato un'iniziativa Power Up volta a incoraggiare i paesi dell'UE a utilizzare i loro fondi di stimolo europei per investire di più nelle energie rinnovabili e nella produzione di idrogeno verde. Oltre a tali misure, il pacchetto Adjustment to Target 55 della includerà proposte per ridurre le emissioni di gas serra di almeno il 55% entro la fine dell'anno 2030. Comprenderà anche proposte per creare un solido mercato europeo dell'idrogeno.
Oltre alle linee guida politiche e strategiche per l'idrogeno, l'UE sostiene anche numerosi progetti e iniziative specifiche come l'Alleanza europea per l'idrogeno pulito, annunciata come parte della Nuova strategia industriale per l'Europa nel marzo 2020 e lanciata l'8 luglio 2020, insieme alla strategia dell'UE per l'idrogeno. Questa alleanza riunisce l'industria, i governi nazionali e locali, la società civile e altre parti interessate. Mira a implementare le tecnologie dell'idrogeno in modo ambizioso entro il 2030, riunendo gli attori della produzione di idrogeno rinnovabile e a basse emissioni di carbonio, la domanda nell'industria, la mobilità e altri settori, nonché la trasmissione e la distribuzione dell'idrogeno. Oltre 1.000 parti interessate hanno già aderito all'alleanza e ora possono presentare i loro progetti e guidare l'adozione di progetti di investimento sull'idrogeno.
A queste iniziative l’UE aggiunge diversi progetti di ricerca e innovazione sull'idrogeno nell'ambito di Horizon 2020, gestiti attraverso la Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking (FCH JU), un partenariato pubblico-privato sostenuto dalla CE. Questi includono il progetto Djewels, finanziato dall'UE, che costruirà un elettrolizzatore da 20 MW per garantire ai propri clienti idrogeno verde a basso costo, e il progetto Store & Go che supporta nuove tecnologie per fornire alla rete gas metano rinnovabile e contribuire a garantire un approvvigionamento energetico sostenibile in Europa.
Inoltre, il progetto Hybrit nel nord della Svezia è un esempio di come l'idrogeno può aiutare a rendere più verdi le industrie, utilizzando idrogeno rinnovabile anziché carbone per produrre ferro e gas. Ad esempio, un elettrolizzatore da 6 MW sviluppato nell'ambito del progetto H2 finanziato dall'UE fornisce idrogeno verde a un'acciaieria di Linz, Austria, e fornisce servizi di rete elettrica attraverso il suo consumo flessibile di elettricità.
E l’Italia? Nonostante le tecnologie che sviluppano l’elettrificazione, le grandi aziende energetiche dispongono anche di riserve di gas naturale e metano a cui non sono disposte a rinunciare facilmente. Spingono pertanto nel senso dell’idrogeno blu, ottenuto dal metano, che in realtà potrebbe essere idrogeno grigio, perché sono ancora molto limitate le capacità di catturare la CO₂ e immagazzinarla nel sottosuolo. C'è una grande spinta da parte delle aziende private - dice il prof. Armaroli del CNR - ma è normale, è un lobbysmo normale, io non mi scandalizzo di questo - per fare in modo di continuare a utilizzare metano, consapevoli che non potranno bruciarlo in eterno. Tentano allora di usarlo in un altro modo e a rivenderlo dandogli una patina verde come materia prima per produrre idrogeno. Ecco, secondo me questa è una classica operazione di greenwashing, perché non possiamo pensare di risolvere i problemi che abbiamo creato con le strategie che abbiamo utilizzato finora e morderci la coda: il metano è una componente del problema che abbiamo adesso, non possiamo continuare a usare metano, bisogna cambiare radicalmente.
La strategia europea, nota uno studio firmato da Energy&Strategy Group, del Politecnico di Milano, è stata adottata dai principali Paesi membri, tra cui Germania, Francia e Spagna.
E l’Italia? Ancora ferma alla fase primordiale, in altre parole, non esiste ancora una strategia chiara: È necessario creare nuovi sistemi di incentivazione, sia per i produttori che per gli utilizzatori finali, avviare progetti pilota per valutare in concreto le differenti opzioni sia dal punto di vista della produzione che del trasporto e dell’uso dell’idrogeno. Gli obiettivi per il settore dell'idrogeno dovrebbero essere integrati nella roadmap di decarbonizzazione prevista dal Fit for 55 (proposte su clima, trasporto, energia in linea con obiettivi climatici UE) - spiega a Business Community .it Davide Chiaroni, vicedirettore dell'E&S Group - così da pianificare lo sviluppo aggregato delle fonti di energia rinnovabile necessario a raggiungere questi risultati. Senza l'ottimizzazione degli iter autorizzativi per permettere una crescita vera delle rinnovabili, in Italia non sarà possibile sviluppare un mercato dell'idrogeno verde.
(consultazioene: bruxelles energie; prof.armaroli nicola, chimico, membro accademia delle scienze; enel.com; enelgreenpower; sciencedirect.com; mctpetrolchimico.com; ilbolive.unipd.it; francesco suman- scienza e ricerca; heracom.gruppohera.it; lifegate.it; daniele di stefano- la repubblica- eugenio occorsio- claudio gerino; enrico franceschini; rinnovabili.it -mauro spagnolo; guido francesco vicario; stefano agnoli - edison.it-valentina iorio; carlotta scozzari-school of management poli.milano; angela zoppo)
