giovedì, 21 Ottobre 2021

Un domani a Idrogeno

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Luigi Santoro
Dopo la laurea in Filosofia (anzi, Scienze Filosofiche!) alla Federico II di Napoli si è messo a studiare il tedesco, cosa che l’ha spinto oltre il baratro della follia, sul cui ciglio vagava dopo aver scritto una tesi su Adorno. Invece di proseguire con la carriera dell’insegnamento ha deciso di voler avere a che fare con il mondo aziendale; ora non lavora in azienda. Scrive molto, vorrebbe leggere di più.

La tagline di una nota serie di fantascienza recitava “spazio: ultima frontiera”; qui non parliamo di opere di fantasia ma di quello che è considerato, in un verso o nell’altro, l’alfiere della transizione ecologica – l’idrogeno, per l’appunto.

Ne abbiamo discusso durante il talkFORenergyUn domani a Idrogeno” di mercoledì 9 Giugno con Franco Del Manso, Carlo Stagnaro, Giuseppe Zollino e Claudio Velardi, che ha moderato l’incontro. 

L’idrogeno conviene?

Si tratta senza dubbio di un tema centrale nel dibattito pubblico: ogni volta che si parla di transizione ecologica, di energia del futuro, l’idrogeno fa capolino, sapendo che – prima o poi – verrà inevitabilmente chiamato in causa anche di lui. Ma come stanno effettivamente le cose? Giuseppe Zollino (Docente di Tecnica ed Economia dell’Energia presso l’Università di Padova) ha fatto una panoramica su idrogeno e CCS in termini di convenienza economica. Innanzitutto, l’idrogeno (H) – e questo è chiaro – non è di per sé una forma di energia; si tratta di un vettore assimilabile all’energia elettrica ed in natura, da solo, è rarissimo. È invece abbondante nei composti organici e inorganici (metano, CH4, o acqua, H2O) ed è naturalmente alla base della vita delle stelle; ma, in sostanza, l’idrogeno va prodotto e il processo richiede ovviamente energia (per ottenere 1 kg di idrogeno servono 50 KWh). Va da sé che se la quantità energetica richiesta per il processo di produzione è superiore all’energia ricavata dall’utilizzo dell’idrogeno viene a mancare la convenienza nel servirsene. Ancora: in termini di “peso”, per ottenere 1 MWh servono 360 m3 di H ma ne bastano 114 di metano. Al momento l’idrogeno ha utilizzi decisamente limitati anche in virtù di questa “leggerezza”. Il costo dell’idrogeno cosiddetto “grigio” dipende, per esempio, dal prezzo del metano.
Fa quasi sorridere, poi, che dell’idrogeno e della sua funzione si parli “a ondate”; l’attuale agenda europea si basa sul report dell’IEA “The Future of Hydrogen (2019)”, ad esempio, e il discorso salta fuori ad intervalli più o meno regolari.

Un’altra tecnologia che è necessario migliorare è sicuramente la CCS, tramite cui non è – ancora – possibile catturare il 100% di emissioni di CO2: nella produzione di circa 9kg di CO2 per kg di idrogeno estratto dal metano riusciamo attualmente a catturarne 8. Come quasi ogni cosa oggi, anche la CO2 può essere prezzata, stabilendo così quando sia conveniente operare la cattura o se sia invece necessario seguire altre strade. Una di queste può essere l’elettrificazione, ovvero alimentare il processo di produzione dell’idrogeno tramite energia elettrica ottenuta da fonti rinnovabili; se, però, volessimo utilizzare energia elettrica prodotta da surplus di fonti rinnovabili avremmo una energia variabile e questo rende inadatti gli elettrolizzatori alcalini. Bisogna anche considerare che un impianto di elettrolisi possiede molti componenti convenzionali (tubi, valvole, sistemi di controllo per evitare rilasci improvvisi di idrogeno e così via) e non si tratta di una tecnologia che potrà essere un giorno stampata o serigrafata – come il fotovoltaico; insomma, sicuramente vi sarà, in parte, un abbattimento dei costi ma si tratta di un terreno poco sicuro, di una scommessa. Anche il discorso sull’idrogeno verde, del resto, non può prescindere da fattori economici: finché 1kg di idrogeno blu costerà meno di 1 kg di idrogeno verde, bisognerà trovare soluzioni atte ad abbassarne il costo.

L’Italia punta, entro il 2050, ad uno scenario elettrico al 100% rinnovabile; si tratta di una strategia di lungo termine che riguarda ovviamente anche la riduzione dei gas a effetto serra. Si considera un fabbisogno elettrico totale di circa 600-700 tWh; naturalmente bisognerà trovare soluzioni adeguate per arrivare a produrre tale ingente quantità soprattutto per quanto riguarda gli impianti, le ore di funzionamento e la quantità di energia prodotta.

Presente e futuro

Su possibili scenari futuri ha riflettuto poi Carlo Stagnaro (Direttore Ricerche e Studi Istituto Bruno Leoni) che si è chiesto a chi, effettivamente, servirà passare ad un’economia prevalentemente ad idrogeno. In altre parole: possiamo passare fino al 15% di energia prodotta grazie all’idrogeno entro il 2050, ma a quale scopo e chi ne farà uso? Innanzitutto, c’è necessità di sostituire il gas nei settori hard to abate (acciaio, cemento) e nei trasporti pesanti. Riesce difficile immaginare il trasporto privato che utilizzi l’idrogeno; invece, nell’hard to abate un utilizzo crescente dell’idrogeno ridurrebbe le emissioni di CO2 e anche inquinanti a livello locale. Cerchiamo anche di chiarire un ulteriore punto: la tavolozza dei colori dell’idrogeno è stabilita in base alle emissioni di CO2 risultanti dal processo di produzione dell’idrogeno appunto. Ad esempio, l’idrogeno verde, prodotto da fonti rinnovabili, è a 0 emissioni così come lo è quello prodotto a partire da energia derivante da centrali nucleari (idrogeno viola). Sostituiamo, però, i numeri ai colori: l’idrogeno grigio andrebbe chiamato idrogeno 9.3, nel senso che un kg di tale elemento ottenuto dal metano produce una quantità determinata di kg di CO2, e via discorrendo. La domanda, allora, è quanto effettivamente costi passare da una tonalità di idrogeno all’altra. Facciamo un esempio: se utilizziamo 1 KWh di energia rinnovabile per generare idrogeno, otterremo circa 0.7 KWh (H) che sostituiscono 0.7 KWh di metano (il rapporto, come si vede, è di 1 a 1) e le emissioni di CO2 vengono conseguentemente ridotte di 150-200 g; se, poi, immettiamo in rete quel KWh di energia rinnovabile e questo sostituisce un KWh di energia prodotta da una centrale a ciclo combinato a gas e questa consuma circa 2 KWh di metano (con 400 g di CO2 emessi). Ancora, se usiamo il nostro KWh rinnovabile per sostituire 1 KWh generato dal carbone eviteremo circa 800 g di emissioni. Tenendo anche in considerazione i costi attuali (in termini di KWh) dell’idrogeno verde, bisogna valutare anche i benefici in termini ambientali.

Per quanto riguarda il luogo di produzione dell’idrogeno, dovrebbe essere il più vicino possibile al luogo del consumo; lo spostamento avverrebbe tramite mezzi convenzionali o infrastrutture dedicate. Il tutto, ovviamente, il prima possibile da qui al 2050 – con cautela, perché non possiamo permetterci di improvvisare. L’idrogeno resta la migliore opzione, oggi, per ridurre le emissioni in determinati contesti ma questo non significa che lo sarà da qui a cinque, dieci, o venti anni. Non dobbiamo, in altre parole, «innamorarci dell’idrogeno», anche perché – allo stato attuale delle cose – non c’è neppure un Paese apripista (come la Cina lo è stata col fotovoltaico): ci sono molti fattori da considerare, come ad esempio il costo della CO2.

Idrogeno e petrolio

Un settore dove l’idrogeno è attore protagonista è sicuramente quello petrolifero. Come ha spiegato Franco Del Manso (Rapporti Internazionali, Ambientali e Tecnici – Unem), il settore del petrolio è quello più impegnato in Italia; si dispone, in tale ambito, di elevata competenza ed esperienza nella produzione, nel trasporto, nello stoccaggio e nella gestione dell’idrogeno. Certo, l’idrogeno di cui parliamo è quasi tutto grigio (99%) e viene usato in tutta una serie di processi di raffinazione, di idrodesolforazione o ancora di idrotrattamento. L’idrogeno assume un ruolo importante anche nelle bioraffinerie, che lavorano oli vegetali per produrre biocarburanti dall’elevato potenziale per quanto riguarda il settore dei trasporti stradali e marittimi.
L’industria petrolifera ha grande interesse nell’utilizzare idrogeno low carb, perché sarebbe in grado in tal modo di decarbonizzare gran parte dell’attività di raffinazione. Su 500 mila tonnellate circa utilizzate, con un idrogeno a zero emissioni si eviterebbero circa 5 milioni di tonnellate di CO2 – senza contare i combustibili liquidi a base di idrogeno che potranno sostituire i combustibili fossili. Investire nell’idrogeno blu è una strada da percorrere, significherebbe un importante abbattimento delle emissioni.

Come sempre quando si parla di energia. davanti a noi non si aprono sentieri sicuri; tuttavia, la riflessione sull’idrogeno è quanto mai necessaria; ed è una riflessione che riguarda il presente da cui prende avvio il mondo del futuro.

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