Cos’è l’idrogeno verde, come funziona e quando sarà disponibile?

L’interesse per l’idrogeno verde sta salendo alle stelle tra le principali aziende del settore petrolifero e del gas. Anche dal lato politico, l’Europa sta pianificando di rendere l’idrogeno una parte importante del suo operato verso l’impiego di fonti di energia pulita.

Ma come si è arrivati all’idrogeno verde?

La maggior parte del gas già utilizzato come prodotto chimico industriale è di colore marrone, se prodotto attraverso la gassificazione del carbone o della lignite. Grigio, se prodotto attraverso la riformazione a vapore del metano, che in genere utilizza il gas naturale come materia prima. Ma nessuno di questi processi è rispettoso delle emissioni di carbonio.

Un’opzione apparentemente più pulita è nota come idrogeno blu, in cui il gas è prodotto dalla riformazione a vapore del metano. Nonostante questo comporti emissioni, tali emissioni sono ridotte grazie alla cattura e allo stoccaggio del carbonio. Si stima, così, che questo processo potrebbe all’incirca dimezzare la quantità di carbonio prodotta, ma è ancora lontano dall’essere privo di emissioni.

L’idrogeno verde, invece, potrebbe quasi eliminare le emissioni utilizzando energia rinnovabile – sempre più abbondante e spesso generata in tempi non ideali – per alimentare l’elettrolisi dell’acqua.

Cos’è l’idrogeno verde e come si produce?

L’idrogeno si produce mediante l’elettrolisi. Con l’elettrolisi, tutto ciò che serve per produrre grandi quantità di idrogeno è l’acqua e abbondanti forniture di elettricità.

Se l’elettricità proviene da fonti rinnovabili come l’eolico, il solare o l’idroelettrico, si produce idrogeno verde; così, le uniche emissioni di carbonio sono quelle contenute nell’infrastruttura di generazione.

La sfida attuale è che i grandi elettrolizzatori scarseggiano e le abbondanti forniture di elettricità rinnovabile hanno un prezzo significativo.

Inoltre, rispetto ai processi di produzione più consolidati, l’elettrolisi è molto costosa, quindi il mercato degli elettrolizzatori è stato piccolo.

Infine va detto che, sebbene la produzione di energia rinnovabile sia ormai abbastanza consistente, alcuni casi di sovrapproduzione sono recenti. La maggior parte dei mercati energetici, infatti, ha ancora bisogno di molta energia rinnovabile solo per servire la rete. 

Come si conserva e si usa questa sostanza?

In teoria, si possono fare molte cose utili con l’idrogeno verde. Si può aggiungere al gas naturale e bruciarlo in centrali termiche o di teleriscaldamento. Si può usare come precursore per altri vettori energetici, dall’ammoniaca agli idrocarburi sintetici, o per alimentare direttamente le celle a combustibile di automobili e navi, ad esempio.

Per cominciare, si può usare semplicemente per sostituire l’idrogeno industriale che viene prodotto ogni anno dal gas naturale e che ammonta a circa 10 milioni di tonnellate solo negli Stati Uniti.

Il problema principale per soddisfare tutti questi mercati è far arrivare l’idrogeno verde dove è necessario. Immagazzinare e trasportare il gas altamente infiammabile non è facile; occupa molto spazio e ha l’abitudine di rendere i tubi e le saldature in acciaio fragili e inclini al cedimento.

Per questo motivo, il trasporto in massa dell’idrogeno richiederà la costruzione di condotte dedicate, che sarebbero costose, la pressurizzazione del gas o il suo raffreddamento fino a renderlo liquido. Questi ultimi due processi sono ad alta intensità di energia.

Perché l’idrogeno verde è improvvisamente così importante?

Una delle strade per una decarbonizzazione quasi totale è l’elettrificazione dell’intero sistema energetico e l’utilizzo di energia rinnovabile pulita. Ma elettrificare l’intero sistema energetico sarebbe difficile, o almeno molto più costoso che combinare la generazione rinnovabile con combustibili a basso contenuto di carbonio.

L’idrogeno verde è uno dei tanti potenziali combustibili a basse emissioni di carbonio che potrebbero prendere il posto degli attuali idrocarburi fossili. Consentendoci così di percorrere la strada verso la decarbonizzazione.

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Certo, l’idrogeno è tutt’altro che ideale come combustibile. La sua bassa densità lo rende difficile da immagazzinare e spostare. E la sua infiammabilità può essere un problema, come ha evidenziato l’esplosione di una stazione di rifornimento di idrogeno in Norvegia nel giugno 2019.

Ma anche gli altri carburanti a basse emissioni di carbonio hanno dei problemi, non ultimo il costo. Inoltre la maggior parte di essi richiede la produzione di idrogeno verde come precursore.

I sostenitori sottolineano che l’idrogeno è già ampiamente utilizzato dall’industria, quindi i problemi tecnici relativi allo stoccaggio e al trasporto non sono probabilmente insormontabili. Inoltre, il gas è potenzialmente molto versatile, con possibili applicazioni in settori che vanno dal riscaldamento all’immagazzinamento di energia a lungo termine fino ai trasporti.

L’opportunità di applicare l’idrogeno verde in un’ampia gamma di settori significa che esiste un numero altrettanto elevato di aziende che potrebbero trarre vantaggio da una fiorente economia del carburante a idrogeno.

Esiste già un interesse a produrre idrogeno verde?

Tra le aziende più interessate all’idrogeno verde, forse le più significative sono quelle del settore petrolifero e del gas che si trovano sempre più spesso ad affrontare le richieste di riduzione della produzione di combustibili fossili.

Infatti, diverse major petrolifere sono tra i protagonisti dello sviluppo dell’idrogeno verde.

Shell Nederland, ad esempio, ha confermato di aver unito le forze con la società energetica Eneco per partecipare all’ultima gara d’appalto per l’eolico offshore olandese, in modo da poter creare un cluster di idrogeno da record nei Paesi Bassi.

Anche Lightsource BP, società che si occupa di energia solare, ha rivelato che sta valutando lo sviluppo di un impianto australiano di idrogeno verde alimentato da 1,5 gigawatt di capacità eolica e solare.

L’interesse di Big Oil per l’idrogeno verde potrebbe essere fondamentale per far sì che il carburante raggiunga la redditività commerciale. La riduzione dei costi di produzione dell’idrogeno verde richiederà investimenti massicci e un’ampia scala, che le major petrolifere sono in grado di fornire in modo unico.

Quanto costa produrre l’idrogeno verde?

Oggi l’idrogeno verde è ancora costoso da produrre. In un rapporto pubblicato utilizzando dati del 2018, l’Agenzia Internazionale dell’Energia ha stimato il costo dell’idrogeno verde tra i 3 e i 7,50 dollari al chilo, rispetto ai 0,90-3,20 dollari della produzione con la riformazione a vapore del metano.

La riduzione del costo degli elettrolizzatori sarà fondamentale per ridurre il prezzo dell’idrogeno verde, ma ciò richiederà tempo e scala. Secondo l’AIE, i costi degli elettrolizzatori potrebbero dimezzarsi entro il 2040, rispetto agli attuali 840 dollari per kilowatt di capacità.

Il business case per l’idrogeno verde richiede grandi quantità di elettricità rinnovabile a basso costo, perché una discreta quantità viene persa nell’elettrolisi. L’efficienza degli elettrolizzatori varia da circa il 60% all’80%, secondo Shell.

Alcuni osservatori hanno teorizzato che la produzione di idrogeno verde potrebbe assorbire la capacità di energia rinnovabile in eccesso dai grandi centri di produzione, come i parchi eolici offshore europei. Dato il costo ancora elevato degli elettrolizzatori, però, è discutibile che gli sviluppatori di progetti di idrogeno verde siano disposti a lasciare inattivi i loro elettrolizzatori fino a quando i prezzi delle energie rinnovabili non scenderanno sotto un certo livello.

È più probabile che, come già preso in considerazione da Lightsource BP e Shell, gli sviluppatori costruiscano impianti di produzione di idrogeno verde con impianti dedicati alla generazione di energia rinnovabile in luoghi ad alta disponibilità di risorse.

Quanto idrogeno verde viene prodotto?

Non molto. Secondo Wood Mackenzie – un gruppo globale di ricerca e consulenza nei settori dell’energia – l’idrogeno verde rappresenta attualmente meno dell’1% della produzione annuale totale di idrogeno.

Ma WoodMac prevede un aumento della produzione nei prossimi anni. La pipeline di progetti di elettrolizzatori di idrogeno verde è quasi triplicata nei cinque mesi precedenti l’aprile 2020, raggiungendo gli 8,2 gigawatt. L’impennata è stata determinata soprattutto dall’aumento delle installazioni di elettrolizzatori su larga scala, con 17 progetti che prevedono una capacità di 100 megawatt o più.

E non si tratta solo del fatto che vengono sviluppati più progetti. Secondo WoodMac, entro il 2027 la dimensione media dei sistemi di elettrolizzazione supererà probabilmente i 600 megawatt.

Chi sta guidando lo sviluppo dell’idrogeno verde?

L’idrogeno verde sembra essere nella mente di tutti al momento, con almeno 10 Paesi che guardano al gas per la futura sicurezza energetica e per le possibili esportazioni. L’ultima nazione a salire sul carro è il Portogallo, che ha presentato una strategia nazionale per l’idrogeno che si dice valga 7 miliardi di euro fino al 2030.

Oltre alle aziende del settore petrolifero e del gas, gli sviluppatori di fonti rinnovabili vedono nell’idrogeno verde un mercato emergente: il leader dell’eolico offshore Ørsted ha annunciato il primo grande progetto destinato esclusivamente al settore dei trasporti.

Oltre a questi grandi nomi, una serie di aziende più piccole spera di accaparrarsi una fetta della crescente torta dell’idrogeno verde. Aziende come ITM Power potrebbero non essere molto conosciute oggi, ma se l’idrogeno verde mantiene una frazione delle sue promesse, un giorno potrebbe diventare enorme.

E che dire dei veicoli a idrogeno?

L’accattivante Toyota Mirai ha contribuito ad alimentare le prime speranze che i veicoli a idrogeno a celle a combustibile potessero prendere il posto delle auto. Ma con il boom del mercato dei veicoli elettrici, la prospettiva che l’idrogeno possa essere un serio concorrente è svanita, almeno nel segmento dei veicoli passeggeri.

Oggi sulle strade americane circolano circa 7.600 auto a idrogeno, rispetto alle oltre 326.400 elettriche plug-in vendute negli Stati Uniti solo lo scorso anno.

Detto questo, gli esperti si aspettano che l’idrogeno svolga un ruolo nella de-carbonizzazione di alcuni segmenti di veicoli, con i carrelli elevatori e gli autocarri pesanti tra i più probabili beneficiari.