La Strategia Europea a Lungo Termine per il 2050 dedicata alla completa decarbonizzazione prevede l’attuazione di una serie di policy: incremento degli interventi di efficienza energetica, sviluppo massivo di generazione elettrica da fonti energetiche rinnovabili, crescita dell’ elettrificazione dei consumi, riduzione dei consumi di petrolio e carbone e riduzione delle importazioni di gas naturale, con contestuale aumento dei consumi di biometano e di idrogeno prodotti in UE.
In linea con le iniziative europee tracciate dal Clean Energy Package del 2016 e il Green Deal del 2019, nel luglio 2020 è stata definita la EU Hydrogen Strategy, che prevede una crescita nel mix energetico dall’attuale 2% al 13-14% entro il 2050, con una capacità sottostante di elettrolisi di 500 GW. I Paesi Membri hanno quindi stabilito obiettivi per il 2030 o il 2050 seguendo la visione strategica dell’UE, identificando i principali casi d’uso all’interno dei settori più rilevanti (es. industria e trasporti).
Guardando all’Italia, il punto di riferimento è ancora il Piano Nazionale Integrato per l’Energia e il Clima 2019, che delinea il ruolo dell’idrogeno nel raggiungimento degli obiettivi di decarbonizzazione e ne identifica il potenziale impiego nel settore dei trasporti, nel settore industriale e nel settore energetico, valutando anche la gestione dell’overgeneration mediante le applicazioni di stoccaggio del vettore idrogeno. Inoltre, nel mese di novembre 2020 l’Italia ha pubblicato la prima versione della Strategia Nazionale Idrogeno per inquadrare ad alto livello il ruolo che l’idrogeno può occupare nel percorso nazionale di decarbonizzazione. Il documento introduce delle linee guida preliminari finalizzate ad inquadrare la discussione che porterà ad una dettagliata Strategia Nazionale per l’idrogeno nel 2021.
In un contesto in cui, nonostante la crisi dettata dal COVID-19, la domanda energetica è prevista in aumento, appare dunque centrale il ruolo affidato dall’UE e dai Paesi membri al vettore idrogeno per raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione precedentemente fissati.
I processi di produzione di energia, sia termica che elettrica, da idrocarburi prevedono la loro ossidazione con conseguente emissione di anidride carbonica. L’idrogeno, in linea generale, se utilizzato nei processi energetici in sostituzione degli idrocarburi, ossidandosi produce acqua. Inoltre, è un elemento considerabile “abbondante” in natura ma non come puro, in quanto appena libero trova immediatamente un altro elemento a cui legarsi per formare una nuova molecola. Per la produzione di idrogeno, in sostanza, c’è solo un modo: utilizzare energia per dividerlo dalle molecole in cui è combinato.
Andando più nel dettaglio della caratteristiche fisiche dell’elemento, l’idrogeno è del tutto trasparente ed invisibile allo stato gassoso. Nonostante ciò sono state assegnate al vettore energetico numerose tonalità di colore, ognuna di esse abbinata ad una modalità diversa di estrazione, in alcuni casi non congruenti tra loro. Proviamo a fare chiarezza:
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Nero
Prodotto tramite la gassificazione del carbone, processo mediante il quale il carbone stesso viene convertito, parzialmente o completamente, in combustibili gassosi; i quali, dopo essere stati purificati possono essere utilizzati come combustibili, materiali grezzi per processi chimici o per la produzione dei fertilizzanti. Oltre ad ingenti quantità di CO2 i gassificatori producono delle sostanze inquinanti (principalmente ceneri, ossidi di zolfo e ossidi di azoto) che devono essere eliminate prima che entrino a far parte del gas prodotto.
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Grigio
Prodotto mediante il processo di steam reforming del gas metano (SMR) e ad oggi rappresenta il 95% dell’idrogeno prodotto nel mondo. Lo SMR implica la reazione di metano e vapore acqueo in presenza di catalizzatori. Una prima reazione scompone il combustibile in idrogeno e monossido di carbonio, nella seconda fase avviene una reazione di scambio tra acqua e gas che dà come risultato anidride carbonica e ancora idrogeno. L’idrogeno prodotto viene quindi separato dagli altri prodotti tramite il metodo del pressure swing adsorption (PSA) nel quale viene impiegata la zeolite che assorbe al suo interno i gas indesiderati e sulla superficie l’idrogeno che può essere estratto.
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Blu
Deriva, come il grigio, dal gas naturale ma l’impianto di produzione è accoppiato con un sistema di cattura e stoccaggio (CCS) permanente della CO2 prodotta nel processo. In questo modo si può generare idrogeno senza emissioni, in quanto l’anidride carbonica che risulta dal processo non viene liberata nell’aria bensì viene catturata e immagazzinata. Questa combinazione di tecnologie ha il vantaggio di riutilizzare il parco di impianti di produzione di idrogeno già esistente mediante l’installazione di un sistema di CCS che però risulta ad oggi una tecnologia ancora molto costosa.
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Viola
Estratto usando la corrente prodotta da una centrale nucleare, cioè a zero emissione di CO2. L’idrogeno può essere dunque considerato “pulito”, al netto delle scorie nucleari che dovranno essere trattate e smaltite opportunamente, e può essere estratto mediante l’utilizzo dell’energia elettrica prodotta dal reattore oppure mediante l’utilizzo del calore prodotto dal reattore stesso.
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Verde
Estratto dall’acqua usando la corrente prodotta da una centrale alimentata da energie rinnovabili, come idroelettrica, solare o fotovoltaica. L’elettricità prodotta in eccesso che non viene utilizzata alimenta celle elettrolitiche che producono idrogeno ed ossigeno a partire dall’acqua, senza emettere CO2. L’idrogeno verde può essere anche prodotto attraverso lo steam reforming del biogas/biometano o mediante la digestione anaerobica della biomassa.
Le strategie europee sullo sviluppo dell’idrogeno per gli obiettivi di decarbonizzazione al 2050 appaiono ormai definite e i cospicui incentivi e investimenti annunciati hanno già entusiasmato gli operatori di mercato. Rimane di interesse lo studio e la comprensione della ratio delle policy concordate. Inoltre, restano da valutare alcune questioni ancora aperte per garantire lo sviluppo su larga scala di questo vettore.
Innanzitutto l’efficienza delle tecnologie di produzione di idrogeno “pulito” è ancora molto bassa e i relativi costi di investimento sono molto elevati, verosimilmente anche in prospettiva al 2050. Per questo rimane di comune interesse lo studio ad ampio raggio sulle alternative di produzione, sull’efficacia dei meccanismi di incentivazione all’idrogeno proposti dall’UE e le peculiarità delle diverse regioni geopolitiche. Non da ultimo, in molte delle alternative di produzione l’acqua (risorsa scarsa e sempre più preziosa) ha un ruolo centrale e si appresta a diventare una commodity scambiata sui mercati finanziari. Guardare più a fondo su questo tema è senza dubbio di comune interesse.
Appare centrale il ruolo affidato dall’UE e dai Paesi membri
al vettore idrogeno per raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione.
