Idrogeno verde: soluzione o falsa speranza?
Green Tech Insight #15 - L’idrogeno verde può aiutarci nei processi di decarbonizzazione? Esistono delle criticità? Scopriamolo insieme in questo numero!
Benvenuti e benvenute!
Qualche giorno fa, la Commissione europea ha annunciato l'avvio di una consultazione pubblica per introdurre una nuova etichetta di emissione per i voli (EU Flight Emissions Label - FEL), che offrirà ai passeggeri informazioni precise sull'impronta di carbonio dei voli all'interno dell'Unione Europea.
L'obiettivo di questa iniziativa è permettere ai viaggiatori di essere più consapevoli delle emissioni di CO₂ legate agli spostamenti aerei, grazie a un sistema di dati standardizzati e trasparenti che viene messo a disposizione al momento della prenotazione.
L’idea è quella di combattere il fenomeno del greenwashing anche nel settore dell’aviazione, per evitare dichiarazioni ingannevoli o fuorvianti relative alla riduzione delle emissioni di CO₂ da parte delle compagnie aeree.
Le emissioni legate al trasporto aereo internazionale sono aumentate notevolmente negli ultimi decenni.
Nel grafico sottostante possiamo notare come, dal 1990 al 2019, le emissioni del traffico aereo internazionale siano cresciute del 146%.
Anche se la pandemia di Covid-19 ha causato una temporanea riduzione delle emissioni, le proiezioni per il 2030 indicano una ripresa e una crescita ulteriore.
Per far fronte a questa tendenza, il Parlamento europeo sta lavorando a nuove normative per ridurre le emissioni del settore aereo, puntando sull'adozione di carburanti più sostenibili entro il 2030. Tra le soluzioni più promettenti in questo ambito, si sta affermando l'idrogeno.
Classificato tra i SAF (Sustainable Aviation Fuels), carburanti sostenibili per l’aviazione, ha il potenziale per giocare un ruolo cruciale nella decarbonizzazione di questo settore, contribuendo a una significativa riduzione delle emissioni e supportando una mobilità più sostenibile.
In questo numero, però, non ci concentreremo sul settore aeronautico, ma esploreremo le caratteristiche dell'idrogeno e come la sua produzione attraverso fonti di energia rinnovabile possa svolgere un ruolo cruciale nel facilitare la transizione energetica dall’uso di fonti fossili a quelle rinnovabili.
Analizzeremo, inoltre, le criticità legate all'uso dell'idrogeno, per capire meglio se questa risorsa rappresenta una vera soluzione o se restano ancora ostacoli importanti da superare.
L’idrogeno e le sue caratteristiche
Prima di approfondire se l’idrogeno possa diventare il nostro alleato nei processi di decarbonizzazione, facciamo un passo indietro e torniamo alla tavola periodica, quella che tutti noi abbiamo avuto modo di conoscere durante i nostri studi.
L'idrogeno, con il numero atomico 1, è il primo elemento della tavola ed è anche il gas più leggero dell'universo. Inodore, incolore e altamente infiammabile, l'idrogeno costituisce il 75% della materia visibile dell'universo.
Non tutti i tipi di idrogeno sono però uguali in termini di impatto ambientale. Il suo contributo alla riduzione delle emissioni di CO₂ dipende dal metodo di produzione e, proprio in base a questo, l'idrogeno viene classificato con nomi e colori differenti.
I metodi di produzione dell’idrogeno si suddividono principalmente in due categorie: produzione da combustibili fossili e produzione da energie rinnovabili.
L’idrogeno prodotto dall’utilizzo di combustibili fossili si suddivide in:
Idrogeno nero/marrone: è prodotto tramite il processo di gassificazione del carbone, per questo è tra i più inquinanti;
Idrogeno grigio: derivato dal gas naturale attraverso il processo di steam reforming. È il metodo più comune e comporta l'emissione diretta di CO₂ nell'atmosfera;
Idrogeno blu: anche questo è prodotto da combustibili fossili, ma la CO₂ generata viene catturata e stoccata attraverso il processo di carbon capture (CCUS);
Idrogeno turchese: viene prodotto dal metano o dal biometano tramite pirolisi. In questo caso, non si produce CO₂, ma carbonio solido.
L’idrogeno prodotto con l’utilizzo di energie rinnovabili si classifica come segue:
Idrogeno verde: viene prodotto attraverso il processo di elettrolisi che scinde l’idrogeno dall’acqua, usando energia proveniente da fonti rinnovabili come il solare, l’eolico e l'idroelettrico, rendendo così questo metodo a zero emissioni di CO₂ dirette;
Idrogeno viola: anche questo prodotto tramite elettrolisi, ma utilizzando energia nucleare anziché fonti rinnovabili;
Idrogeno bianco: è il tipo di idrogeno che è naturalmente presente sotto forma di gas e può essere estratto direttamente dai giacimenti naturali.
Utilizzi attuali e prospettive di crescita per l’idrogeno
L'idrogeno è considerato una delle soluzioni chiave per la decarbonizzazione di settori industriali e dei trasporti particolarmente difficili da elettrificare, definiti come "hard-to-abate".
Si tratta di settori che richiedono grandi quantità di energia e non possono essere facilmente convertiti all'uso dell'elettricità. Tra questi, troviamo l'industria pesante (come la produzione di acciaio, cemento e vetro) e i trasporti a lunga distanza (come camion, navi e aerei).
Il grafico sottostante illustra la crescita prevista della capacità globale di idrogeno in milioni di tonnellate per anno (Mtpa) da qui al 2050, suddivisa per settori di utilizzo come i trasporti, l’industria, la generazione di energia e altre applicazioni.
Fonte: Visual Capitalist
Lo studio prevede che, entro il 2035, la capacità globale potrebbe raggiungere i 216 Mtpa, con il settore industriale come principale consumatore.
Guardando al 2050, si prevede che la produzione globale di idrogeno possa arrivare a 430 Mtpa, con il settore dei trasporti destinato a diventare il maggior utilizzatore, seguito dall'industria e dalla generazione di energia.
Nonostante queste previsioni di crescita, emerge un divario significativo tra la capacità pianificata e quella necessaria: solo il 47% della capacità prevista per il 2050 è attualmente pianificata.
Sono stati annunciati oltre 1.400 progetti di idrogeno a livello globale, con investimenti previsti di 570 miliardi di dollari entro il 2030.
Per colmare questo divario sarà essenziale aumentare gli investimenti e accelerare la costruzione delle infrastrutture necessarie per sfruttare appieno il potenziale dell'idrogeno nella transizione energetica.
Verosimile?
Le potenzialità dell’idrogeno verde per la decarbonizzazione dei trasporti
Uno degli ambiti in cui l'idrogeno può svolgere un ruolo importante è il settore dei trasporti, grazie alle celle a combustibile.
Questo sistema genera elettricità combinando idrogeno e ossigeno attraverso una reazione elettrochimica. Di conseguenza, l'unico prodotto di scarto è il vapore acqueo e una minima quantità di calore, riducendo notevolmente le emissioni di CO₂ rispetto a quando avviene una combustione vera e propria.
Questo tipo di tecnologia è stata usata per la realizzazione del primo treno a idrogeno al mondo: Coradia iLint, frutto di un accordo tra FNM, Ferrovie Nord Milano, e Alstom, azienda francese leader nella produzione di treni.
In Italia, il primo treno a idrogeno entrerà in servizio tra la fine del 2024 e l'inizio del 2025. Si chiama Coradia Stream e opererà lungo la linea non elettrificata Brescia-Iseo-Edolo, nel cuore della Valcamonica, gestita da Ferrovienord.
Si tratta di uno dei progetti centrali dell'iniziativa H2iseO, sostenuta dall'Unione Europea con l’obiettivo di ridurre le emissioni di CO₂ del 100% entro il 2050. Saranno contente le mie colleghe che sono originarie di quelle parti!
Fonte: Coradia Stream, Alstom
E per il trasporto su strada?
Non è tutto oro quel che luccica e anche l’idrogeno verde presenta delle criticità.
Le criticità dell’idrogeno verde
Una delle principali criticità dell'idrogeno verde riguarda il suo utilizzo nel trasporto su gomma, sia per veicoli leggeri che pesanti.
Nel caso dei veicoli leggeri, l'industria automobilistica ha già puntato sulla tecnologia elettrica a batteria, con un numero sempre crescente di modelli di auto e furgoni elettrici sul mercato. Questa alternativa si è affermata come la più efficiente, grazie ai minori costi operativi e all'efficienza energetica superiore rispetto all’idrogeno.
Per quanto riguarda il trasporto pesante a lungo raggio (oltre 500 km), i camion a idrogeno presentano diversi fattori critici.
Il costo iniziale dei camion a celle a combustibile è elevato. Anche se i costi del carburante potrebbero essere ridotti, il Total Cost of Ownership (TCO), che include tutti i costi (acquisto, carburante, manutenzione, riparazioni), rimane meno vantaggioso rispetto ai camion elettrici, che godono di costi operativi e di manutenzione significativamente più bassi.
Se già l'idrogeno presenta criticità, l’idrogeno verde ha anche ulteriori difficoltà a imporsi rispetto agli altri processi produttivi: secondo il rapporto Future of hydrogen dell'Agenzia Internazionale dell'Energia (IEA), il prezzo di un kg di idrogeno verde oscilla tra i 4 e 6 $, a fronte dei 2,5 $ dell'idrogeno blu o grigio.
La produzione di idrogeno verde richiede, inoltre, ingenti investimenti sia per le tecnologie utilizzate, come gli elettrolizzatori, sia per l'approvvigionamento di energia rinnovabile.
Fonte: IEA
Lo studio realizzato per ReCommon dall’Università di Bologna, il Centro per le Comunità Solari, rivela ulteriori dubbi sull’utilizzo di questa risorsa.
Consumo di risorse: la produzione di idrogeno verde tramite elettrolisi richiede ingenti quantità di acqua e di energia rinnovabile. Per esempio, per produrre 1 kg di idrogeno servono circa 9 litri d'acqua. Su larga scala, questo porta a un elevato consumo di risorse idriche e potrebbe aggravare la scarsità di acqua in alcune regioni.
Efficienza energetica limitata: il processo di produzione, stoccaggio e trasporto dell'idrogeno comporta perdite energetiche significative. Si stima che circa il 70% dell'energia venga persa nel ciclo complessivo, che include l'elettrolisi e la successiva rigassificazione o trasporto.
Alto impatto in termini di spazio e infrastrutture: le infrastrutture necessarie per produrre l’idrogeno verde, come gli impianti di elettrolisi e i parchi eolici o fotovoltaici necessari per alimentare tali impianti, richiedono vasti spazi.
Trasporto complesso e costoso: il trasporto su lunghe distanze richiede tre volte più energia rispetto al gas naturale, e nel caso dell'idrogeno liquido si verificano perdite fino allo 0,4% al giorno durante il trasporto.
Se devo dare il mio punto di vista, l'idrogeno verde, quindi, non rappresenterà la soluzione universale per la decarbonizzazione su larga scala.
Sebbene giocherà un ruolo cruciale in settori difficili da elettrificare, come l'industria pesante e i trasporti a lunga distanza, non sarà la scelta predominante in altri settori, come il trasporto su gomma, dove il mercato si sta già orientando verso le soluzioni elettriche a batteria, che risultano più efficienti e meno costose.
Per compiere la transizione energetica e carbonica, non potremo contare su una soluzione unica e vincente. Diverse tecnologie dovranno contribuire in maniera complementare, e mi aspetto che anche l'idrogeno giocherà un ruolo fondamentale all'interno di questa strategia complessiva.
Consigli di lettura:
In questo documento puoi approfondire ulteriormente l’economia dell’idrogeno e i costi associati.
Se vuoi saperne di più sul primo treno a idrogeno in Italia ti consigliamo questa lettura.
Se ti interessa approfondire le emissioni legate al trasporto in Europa, ti lasciamo questo articolo dell’European Environmental Agency.
Se invece vuoi scoprire l’uso dell’idrogeno nel settore aeronautico, il sito Airbus approfondisce questo argomento in diversi articoli.