Idrogeno: sfide e opportunità per l’economia del futuro

Nel giugno 2019, Fatih Birol, direttore dell’International Energy Agency dichiarava che l’idrogeno sta godendo di uno slancio senza precedenti in tutto il mondo e che potrebbe finalmente essere inserito in un percorso per realizzare il suo potenziale di lungo periodo, come soluzione energetica pulita. Per cogliere questa opportunità, i governi e le aziende devono intraprendere azioni ambiziose e reali già da ora.[1] Il presente articolo intende offrire una panoramica degli usi dell’idrogeno come fonte energetica pulita, delle sue criticità e delle opportunità che possono essere realizzate, considerando le proposte del mondo della ricerca e dell’impresa.

1. Usi e classificazioni dell’idrogeno

L’idrogeno è un vettore energetico che, se prodotto attraverso il processo di elettrolisi[2] dell’acqua, è privo di emissioni sia carboniche che inquinanti, purché l’energia elettrica utilizzata sia anch’essa prodotta tramite fonti rinnovabili e non inquinanti. Purtroppo, ad oggi, è solo in minima parte realizzato in questo modo. L’idrogeno può essere usato in diverse tipologie di veicoli per la mobilità di merci e persone, come materia prima nelle industrie, come combustibile nei processi ad alta temperatura, può essere utilizzato nel settore industriale e residenziale in sostituzione ai combustibili fossili per la produzione di energia e calore, puro o in miscela col gas naturale, sia attraverso processi elettrochimici con celle a combustibile sia bruciandolo come un carburante tradizionale, ottenendo una combustione a zero emissioni di CO2.[3]

A seconda del metodo di produzione e dell’impatto ambientale che genera, l’idrogeno è classificato con colori diversi:

• idrogeno grigio: è quello più inquinante, in quanto la sua produzione genera emissioni di CO2. Rappresenta la maggioranza dell’idrogeno prodotto oggi (circa il 95%) ed è generato nelle seguenti modalità: steam reforming[4] del gas naturale; gassificazione del carbone; reforming/cracking[5] di idrocarburi; elettrolisi con energia elettrica da fonti fossili (come le centrali turbogas);
• idrogeno blu: a basse emissioni di CO2. Esso è realizzato attraverso lo steam reforming del metano, ma associato ad un processo di cattura e stoccaggio dei gas ad effetto serra prodotti tramite tale processo (il metodo cd. capture & storage); oppure, realizzato con l’elettrolisi, ma alimentata da fonti di energia elettrica a basse emissioni (come le centrali nucleari) o a loro volta associate ad un metodo capture & storage:
• idrogeno verde: a emissioni zero o prossime allo zero. Esso comprende:
  • quello prodotto da elettrolisi in elettrolizzatori alimentati da energia proveniente da rinnovabili; o
  • idrogeno clean da bioenergie, prodotto ad esempio attraverso lo steam reforming del biogas/biometano (invece del gas naturale) o la conversione biochimica della biomassa (fermentazione batterica di biomasse) purché conformi a determinati requisiti di sostenibilità;[6]
• oggi si parla anche di idrogeno turchese (o circolare): esso è prodotto dai rifiuti, tramite pirolisi e successiva purificazione. Un sistema, quindi, per valorizzare gli scarti e re-immettere nel mercato l’energia che ancora possiedono.[7]

2. Opportunità e criticità dell’idrogeno come risorsa green

Il vantaggio di utilizzare l’idrogeno, piuttosto che l’energia elettrica, è innanzitutto nella sua facilità di stoccaggio: esso può essere conservato, sia in forma liquida sia in forma gassosa, ed utilizzato a seconda della necessità. L’energia elettrica non può essere stoccata, se non con l’utilizzo di batterie che comportano alti costi e impatti ambientali.

L’idrogeno è più flessibile rispetto all’elettricità, e consentirebbe di decarbonizzare settori difficilmente elettrificabili, come quello siderurgico, oltre a poter essere utilizzato nei mezzi di trasporto a lungo raggio e per il riscaldamento, nonché in impianti di “cogenerazione” (sector coupling) che combinano l’uso di diverse fonti di energia per migliorarne il rendimento.[8] Esso, inoltre, possiede un costo di trasporto inferiore all’elettricità, e può essere facilmente trasportato utilizzando le infrastrutture esistenti per il gas naturale.[9]

Tuttavia, vi sono diverse sfide che occorre affrontare:

• la mancanza di produzione: l’idrogeno rappresenta meno dell’1% dei consumi energetici d’Europa ed è prevalentemente prodotto da processi altamente emissivi (9,8 Mton/a prodotti in Europa di cui solo il 4% è idrogeno verde);
• l’assenza di infrastrutture di trasporto pienamente compatibili per le lunghe distanze: le reti gas possono accogliere quantità di idrogeno differenti per ciascuno stato, a causa delle differenti caratteristiche e delle apparecchiature dei consumatori finali;
• l’assenza di norme uniformi e di politiche di sostegno alla produzione e alla domanda: l’attuale regolamentazione, a livello UE, è disomogenea e frammentata;
• bassa efficienza e alti costi: la conversione di elettricità rinnovabile in idrogeno non è efficiente quanto il consumo diretto dell’energia elettrica a causa delle perdite di conversione. Inoltre, il potenziale impatto dei rischi della catena di fornitura e dell’incertezza del mercato sono amplificati dai margini stretti per i prodotti industriali finali a causa della concorrenza internazionale. Inoltre, oggi, il costo dell’idrogeno verde (2,5-5€/kg) è superiore sia all’equivalente blu (2€/kg) sia grigio (1,5€/kg).[10]

Figura 2.1. Costi della produzione di idrogeno green e low carbon.
Fonte: IRENA, riportato in Confindustria, Piano d’azione, cit.

Rispetto ai costi, tuttavia, stiamo assistendo a una rapida discesa: quelli degli elettrolizzatori si sono già ridotti del 60% negli ultimi dieci anni e si prevede che diminuiranno ancora grazie alle economie di scala. Si prevede che in alcune regioni gli elettrolizzatori saranno in grado di competere con l’idrogeno a base fossile nel 2030.[11]

Per sostenere lo sviluppo, la produzione e il mercato dell’idrogeno verde, il mondo dell’impresa e della ricerca ha formulato varie proposte, di cui si fornirà un’esemplificazione.

3. Le proposte di H2IT e il Piano d’azione di Confindustria

Nell’ottobre 2020, Confindustria ha pubblicato un Piano d’azione indirizzato ai decisori politici europei. Le principali proposte sono:

• supporto alla ricerca: massimizzando il coinvolgimento di università, centri di ricerca, laboratori e aziende, a livello nazionale e internazionale, in particolare al livello europeo, adottando strategie chiare. La ricerca dovrebbe vertere sulle diverse componenti della rete dell’idrogeno, essere finalizzata a colmare i gap tecnologici o a ridurre i costi, individuando e incentivando progetti e impianti pilota (come le “hydrogen valleys”[12]);
• supporto alla produzione: bisognerebbe fissare dei target minimi di immissione in rete a carico degli operatori del gas, definendo incentivi specifici, in particolare per l’adeguamento tecnologico, che riguardino tutta la componentistica. L’accesso a fondi pubblici, privati e agevolazioni fiscali, potrebbero rendere sostenibili i costi iniziali d’investimento, sostenere i costi variabili di produzione, fino a rendere competitive le tecnologie, anche grazie alla realizzazione di economie di scala;
• supporto alla domanda: anche gli utilizzatori finali andrebbero incentivati, ad esempio, supportando la riconversione di impianti e attrezzature esistenti per il nuovo combustibile, supportando l’acquisto di mezzi di trasporto a idrogeno, esentando dal pagamento dei pedaggi i veicoli a idrogeno;
• aspetti normativi e regolatori: ad esempio, con la definizione di un quadro normativo europeo chiaro, nell’ambito della classificazione energetica, della progettazione eco-sostenibile, dell’etichettatura degli apparecchi, della garanzia dell’origine ecologica del prodotto, delle regole per massimizzare l’uso delle infrastrutture esistenti e indirizzare gli investimenti.[13] A livello nazionale andrebbero sviluppati piani ad hoc e definite regole chiare, insieme ad una governance chiara, con un interlocutore unico che coordini i progetti in fase di ricerca (come il MISE o l’ENEA);
• promozione di una cultura dell’idrogeno: per favorirne l’accettabilità sociale, grazie alla presenza italiana ad eventi europei e internazionali ed inserendo il tema dell’idrogeno nei programmi scolastici e universitari.[14]

Anche H2IT,[15] un network formato da una rappresentanza associata del mondo dell’industria e della ricerca, ha formulato una serie di proposte in linea con quelle di Confindustria:

• attuare schemi di sostegno dedicati e stabili nel lungo periodo, in un’ottica di neutralità tecnologica, volti ad abbattere i costi di produzione dell’idrogeno verde;
• introdurre una certificazione di garanzia dell’origine dell’idrogeno rinnovabile e a basse emissioni, insieme all’introduzione di specifiche di qualità;
• sviluppare un sistema normativo/autorizzativo chiaro e armonizzato a livello internazionale, semplificando norme e procedure amministrative, favorendo anche il sector coupling;
• rafforzare la filiera nazionale, incoraggiando lo sviluppo di elettrolizzatori di idrogeno verde di grandi dimensioni, per creare nuovi posti di lavoro e raggiungere una leadership europea nel settore;
• costruire una rete di stazioni di rifornimento adeguata per lo sviluppo della mobilità e dei trasporti a idrogeno;
• incentivare anche la produzione di idrogeno blu, dati i costi minori e la possibilità di produrne in quantità maggiori e on site, parallelamente allo sviluppo di una rete di trasporto nazionale dell’idrogeno per una fornitura capillare, continua e stabile. Ciò permetterebbe di sviluppare ecosistemi dell’idrogeno dove convivono sinergicamente più usi finali, aiuterà ad abbattere i costi e a generare nuove opportunità, anche per l’idrogeno verde;
• infine, come proposto anche da Confindustria, supportando la ricerca, l’innovazione e attuando campagne informative rivolte al pubblico, alle scuole e alle università per lo sviluppo di una cultura dell’idrogeno.[16]

Conclusioni e osservazioni finali

Come si è visto, l’idrogeno costituisce, per la sua versatilità di utilizzo, trasporto e stoccaggio, nonché le molteplici applicazioni in campo industriale e domestico, un’importante risorsa e una grande opportunità. Tuttavia, è bene sottolineare ancora che solo l’idrogeno verde è prodotto con emissioni nulle o prossime allo zero, mentre l’idrogeno blu realizza emissioni che comportano problematiche di cattura e immagazzinamento. Inoltre, più del 95% dell’idrogeno prodotto in UE è del tipo grigio, e rappresenta meno dell’1% dei consumi energetici. Le criticità rilevate devono mettere in guardia consumatori, elettori e decisori politici dal rischio di greenwashing che si cela dietro le campagne favorevoli all’idrogeno.[17]

Solo grazie a politiche attive di sostegno e incentivo, una regolazione chiara e controlli efficaci, insieme con il progressivo sviluppo tecnologico e infrastrutturale del Paese, l’idrogeno potrà adempiere alla promessa di essere il vettore energetico a emissioni zero del futuro.

[1] Cfr. IEA, The Future of Hydrogen, IEA Publications, Parigi, 2019. Disponibile all’indirizzo: https://www.iea.org/reports/the-future-of-hydrogen, consultato a maggio 2021.

[2] Insieme dei fenomeni attraverso i quali, quando si applica un campo elettrico sufficientemente elevato ai capi di due elettrodi immersi in una soluzione elettrolitica, le specie cariche presenti nella soluzione subiscono delle modificazioni chimiche. Elettrolisi, voce dell’Enciclopedia on line, Treccani, Roma. Disponibile all’indirizzo: https://www.treccani.it/enciclopedia/elettrolisi/, consultato a maggio 2021.

[3] Cfr. H2IT, Priorità per lo sviluppo di una filiera dell’idrogeno in Italia, Sito web H2IT, Milano, 2020. Disponibile all’indirizzo: https://www.h2it.it/documenti/, consultato a maggio 2021.

[4] Reazione catalitica di un idrocarburo con vapor d’acqua. Lo steam reforming più noto è quello del metano, attraverso il quale si producono ossido di carbonio, idrogeno e anidride carbonica. Sergio Carrà, steam reforming, voce dell’Enciclopedia della Scienza e della Tecnica, Treccani, Roma, 2008. Disponibile all’indirizzo: https://www.treccani.it/enciclopedia/steam-reforming_%28Enciclopedia-della-Scienza-e-della-Tecnica%29/, consultato a maggio 2021.

[5] Nella tecnologia del petrolio, il trattamento con cui si attuano modificazioni molecolari degli idrocarburi presenti nelle benzine provenienti dalla distillazione atmosferica (topping) del grezzo, al fine di aumentarne il numero di ottano. Anche il processo di parziale ossidazione di idrocarburi liquidi o gassosi per mezzo di ossigeno libero o combinato (vapor acqueo): si ottiene un gas costituito essenzialmente da idrogeno e da ossido di carbonio, che trova impiego in molte sintesi dell’industria chimica. Reforming, voce dell’Enciclopedia on line, Treccani, Roma. Disponibile all’indirizzo: https://treccani.it/enciclopedia/reforming/, consultato a maggio 2021.

[6] Le classificazioni qui riportate sono estrapolate da Confindustria, Piano d’azione per l’idrogeno, Confindustria.it, Roma, settembre 2020. Disponibile all’indirizzo: , consultato a maggio 2021.

[7] Cfr. Redazione Rinnovabili.it, A Eta Beta, il grande salto dell’idrogeno, Rinnovabili.it, Togreen, Roma, 27 luglio 2020. Disponibile all’indirizzo: https://www.rinnovabili.it/energia/idrogeno/eta-beta-idrogeno/, consultato a maggio 2021.

[8] Cfr. Redazione Rinnovabili.it, cit., e Confindustria, Piano d’azione, cit.

[9] “Dalle prime valutazioni effettuate dall’impresa maggiore di trasporto sulla rete del gas naturale, almeno il 70% dei gasdotti esistenti risulta compatibile al trasporto di idrogeno puro, mentre gli impianti di compressione dovrebbero essere compatibili per percentuali di idrogeno dell’ordine del 10% (oltre sono necessarie modifiche o sostituzioni di macchine)”. Confindustria, Piano d’azione, cit., p. 35.

[10] Cfr. Ivi, pp. 38-39.

[11] Cfr. Ibidem.

[12] “…con particolare riferimento al progetto Hydrogen Valley interno al Centro di Ricerca ENEA della Casaccia: L’ipotesi è quella di partire dalla situazione attuale, che vanta oltre 4km di rete gas metano interna sviluppata ad albero su tre diversi livelli di pressione, per sviluppare una piattaforma polifunzionale utile a dimostrare le tecnologie di produzione, iniezione, trasporto, distribuzione ed utilizzo dell’idrogeno lungo tutta la filiera valutando gli impatti a partire dal blending fino ad utilizzi al 100%. Il Centro di Casaccia, non dovendo rispettare vincoli stringenti di produzione industriale, può rappresentare una soluzione flessibile ed efficace sia per testare i diversi segmenti della filiera [produzione, accumulo, metering, distribuzione, ma anche utilizzo in caldaie, utenze termiche, utenze power come fuel cell, genset e turbine, utenze mobility e stazioni di rifornimento, utenze di processo e di conversione] che per stringere la collaborazione con partner industriali interessati allo sviluppo e dimostrazione delle tecnologie”. Ivi, pp. 54-55

[13] Anche tramite la Tassonomia verde dell’Unione Europea: un “regolamento dell’UE approvato a giugno 2020, con il quale si indicano dei criteri volti a classificare gli investimenti ‘ecosostenibili’, distinguendoli da quelli che non lo sono, al fine di garantire maggiore trasparenza sui mercati, incoraggiare questa forma di investimento e scongiurare il rischio di greenwashing”. Gabriele Turco, Finanza etica, sostenibile e responsabile: termini e nozioni, Ius in itinere, Napoli, 11 novembre 2020. Disponibile all’indirizzo: https://www.iusinitinere.it/finanza-etica-sostenibile-e-responsabile-termini-e-nozioni-31983, consultato a maggio 2021.

[14] Per consultare nel dettaglio le proposte del Piano d’azione di Confindustria, si veda Confindustria, Piano d’azione, cit.

[15] L’Associazione Italiana Idrogeno e Celle a Combustibile – H2IT – costituitasi nell’anno 2005, è un’Associazione autonoma volta a promuovere il progresso delle conoscenze e lo studio delle discipline attinenti le tecnologie ed i sistemi per la produzione e l’utilizzazione dell’idrogeno. Da sempre l’Associazione si è posta di raggiungere gli obiettivi: di stimolare la creazione dell’infrastruttura per l’uso dell’idrogeno, essere portavoce degli attori del settore e assicurare un ruolo di leadership per l’Italia nel mercato mondiale. H2IT, Chi siamo, Sito web H2IT. Disponibile all’indirizzo: https://www.h2it.it/chi-siamo/, consultato a maggio 2021.

[16] Le proposte sono riportate nel dettaglio in H2IT, Priorità per lo sviluppo di una filiera dell’idrogeno in Italia, cit.

[17] Il termine “greenwashing” deriva dall’unione dei concetti di “green” (ossia “verde”, inteso come “ecologico”) e di “whitewashing” (nascondere, ribaltare). Esso indica la condotta tenuta dalle aziende che pubblicizzano le proprie attività e prodotti come “ecosostenibili” e attenti alle questioni ambientali per migliorare l’immagine agli occhi dei consumatori e dell’opinione pubblica. Nella realtà, quanto comunicato è un’operazione che cela scelte, politiche e strategie incompatibili con la salute del Pianeta e/o comportamenti illeciti. Gabriele Turco, Finanza etica, cit.

Fonte immagine: