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L’idrogeno nella transizione energetica

Sostenibilità

E’ recente la notizia della pubblicazione da parte del MiTE (Ministero della Transizione Ecologica) dei bandi per l’assegnazione dei fondi del PNRR su progetti di ricerca e sviluppo in materia di idrogeno! Sono stati stanziati 30 milioni di euro per i progetti sviluppati da imprese e 20 per quelli da enti pubblici e università. Prima di entrare nel dettaglio del bando, parliamo del suo oggetto, l’idrogeno!

L’idrogeno

L’idrogeno (H2) è l’elemento chimico più leggero, semplice e diffuso nell’Universo. Non è però una fonte di energia, in quanto è presente in natura solo in combinazione con altri elementi (basti pensare all’acqua o ai composti con carbonio, azoto e ossigeno che formano materiali ed anche i combustibili fossili). Una volta isolato invece, risulta essere un vettore energetico molto attraente. Un vettore energetico è prodotto da una fonte di energia ed è un mezzo per il trasporto e lo stoccaggio dell’energia, prima dell’utilizzo. 




Fig. 1: Schema a blocchi che raffigura tutte le fonti di energia primaria da cui si ottiene l’idrogeno, separando le fossili dalle rinnovabili

Come si produce?

L’idrogeno viene definito come il “combustibile” del futuro in ambito di R&D ormai da decenni, con i primi articoli scientifici a riguardo datati 1980, ma secondo il WEO 2021 (di cui abbiamo creato un riassunto che trovi qui sul nostro sito, dai un’occhiata!) la percentuale di energia a livello globale prodotta dall’idrogeno è attualmente molto inferiore all’1%. Il primo problema legato a questo vettore energetico è la sua produzione, realizzata principalmente con i seguenti metodi: steam reforming del metano, ossidazione parziale dei derivati del petrolio, gassificazione del carbone, elettrolisi e decomposizione termochimica dell’acqua. I primi quattro metodi hanno come fonte di energia combustibili fossili, gli altri metodi elettricità e calore. In Fig. 1 si nota in dettaglio le possibili fonti tramite cui produrre idrogeno. A seconda dell’impatto ambientale del suo processo di produzione, l’idrogeno viene così classificato: 
  • Grigio: prodotto tramite combustibili fossili oppure estratto dall’acqua tramite elettricità prodotta da centrali a combustibili fossili;
  • Blu: prodotto tramite combustibili fossili ma in impianti dotati di sistemi di cattura e stoccaggio della CO2 (CCS), con un impatto ambientale minore;
  • Verde: estratto dall’acqua tramite elettricità prodotta da centrali alimentate da fonti rinnovabili o da energia nucleare.
Attualmente, a livello globale, più del 95% dell’idrogeno prodotto è di tipo grigio, mentre parlando di utilizzo l’idrogeno è utilizzato per il 90% nel settore chimico e della raffinazione. Quali sono vantaggi e punti critici di questo elemento?


Fig. 2: Classificazione dell’idrogeno in base alla produzione.

Pro e contro

L’idrogeno si contrappone ai combustibili fossili, pur presentandone molte somiglianze, perché durante il suo utilizzo non produce emissioni nocive, proprio come l’elettricità. Il suo sviluppo, quindi, darebbe un’alternativa alle rinnovabili per la lotta contro il cambiamento climatico. Al tempo stesso, potrebbe essere distribuito più efficacemente e accumulato più facilmente dell’elettricità, come un altro combustibile fossile largamente utilizzato attualmente, il metano. Inoltre, il “prodotto di scarto” della combustione dell’ H2, nelle fuel cells ma non solo, è l’acqua, un bene primario sempre utile e che può a sua volta esser riutilizzato come materia prima di partenza per produrre nuovo idrogeno, che può quindi esser definito un vettore energetico riciclabile. Purtroppo ci sono anche aspetti negativi, ormai abbondantemente sottolineati da anni ma non ancora superati: la bassa densità del fluido, (anche allo stato liquido, in comparazione al metano) e la bassa densità energetica specifica di volume. Ciò rende più difficoltoso il trasporto e soprattutto lo stoccaggio, che in fase liquida richiede temperature molto basse e pressioni molto alte. Altri problemi sono legati alla sicurezza, essendo inodore, incolore (eventuali perdite difficili da rintracciare) ed un limite di detonazione molto ampio (serve una concentrazione in aria di idrogeno compresa tra il 18,3% ed il 59% perché possa avvenire un’esplosione), sebbene il limite inferiore di questo range sia maggiore di quello del metano. Il motivo principale però che ne ha limitato lo sviluppo sono i costi legati alla produzione, e quindi all’approvvigionamento, della stessa materia prima, con conseguente assenza anche di tutta la rete di distribuzione e accumulo necessaria per raggiungere una scala rilevante. Sebbene i processi per produrre idrogeno grigio siano ormai maturi, sono comunque costosi oltre che impattanti e quindi l’idrogeno è utilizzato solo dove indispensabile; di contro i processi per produrre idrogeno verde (ma anche blu) non sono ancora economicamente competitivi.

Nel contesto energetico globale attuale, l’idrogeno è tornato ad essere un tema e con la pubblicazione della strategia sull'idrogeno da parte della Commissione Europea nel 2020, la produzione sostenibile di H2 è diventata una priorità di investimento all'interno del piano Next Generation EU (NGEU).  L'Italia ha risposto predispondendo recentemente un Piano Nazionale per la Ripresa e la Resilienza (PNRR), in cui vengono stanziati 3,2 miliardi di euro per la ricerca, la sperimentazione, la produzione e l'utilizzo di H2.

Gli incentivi del PNRR italiano all’idrogeno

Il PNRR (Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza) è il documento che ciascuno Stato membro deve presentare per accedere ai fondi del Next Generation EU. Nello specifico, il NGEU è un pacchetto da 750 miliardi di euro, costituito da sovvenzioni e prestiti, la cui componente centrale è il Dispositivo per la Ripresa e Resilienza (Recovery and Resilience Facility, RRF), di una durata di sei anni, dal 2021 al 2026, e una dimensione totale di 672,5 miliardi di euro (312,5 sovvenzioni, i restanti 360 miliardi prestiti a tassi agevolati). 
Il finanziamento erogato dallo Stato potrà essere utilizzato per progetti inerenti: 
  • la produzione di idrogeno verde;
  • lo sviluppo di tecnologie innovative per lo stoccaggio ed il trasporto; 
  • lo sviluppo di fuel-cells per applicazioni stazionarie o di mobilità; 
  • lo sviluppo di smart-systems per la gestione ottimale di infrastrutture basate sull’idrogeno. 
Uno dei punti critici sollevati più spesso da chi credeva fortemente nello sviluppo dell’idrogeno era la mancanza di investimenti importanti da parte degli enti governativi nello sviluppo dello stesso, siamo quindi davvero giunti ad un punto di svolta? Le cifre in gioco saranno finalmente abbastanza da creare in breve tempo sistemi competitivi? O le criticità legate all’idrogeno sono ancora insormontabili nel breve termine?
Sicuramente gli ambiti in cui i progetti saranno finanziati coincidono con quelli sui quali c’è necessità di intervento, ma solo in futuro potremo dare una valutazione sui numeri. 

Cercando di valutare la situazione da una prospettiva meno focalizzata sull’idrogeno, potrebbe venirci in mente il seguente dubbio: visti i grandi sforzi da compiere per soddisfare i piani UE al 2030, nel settore energetico da un punto di vista di produzione rinnovabile, in tutti i settori da un punto di vista di efficienza (riscaldamento e trasporti nel nostro caso), quanto devono essere ambiziosi i nostri piani sull’idrogeno? Questo perché usare l'elettricità per produrre idrogeno e poi utilizzarlo per alimentare auto o riscaldare gli edifici è da un punto di vista energetico meno efficiente di tecnologie dirette come l’elettricità, nei trasporti, o le pompe di calore, nel settore della climatizzazione. Dato che per non impattare l’idrogeno usato dev’essere verde, potrebbe esser necessario un surplus energetico rinnovabile consistente nel sistema di generazione prima che l’idrogeno possa davvero essere efficiente ed utile per i nostri obiettivi NZE (Net Zero Emissions). 

Il dibattito è ancora aperto e qui si sono voluti dare alcuni spunti, ciò che è certo è che i sopracitati obiettivi di zero emissioni vanno raggiunti, e gli ultimi scenari al 2050 confermano un ruolo non proprio marginale dell’idrogeno, per cui ogni impulso dato è importante.

A cura di Amir Landucci



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