Tutti parlano di idrogeno, ma perché è così importante? Il 91% della popolazione mondiale vive in luoghi in cui la qualità dell’aria è al di sotto dei limiti dell’OMS, per questo 4,2 milioni di persone muoiono ogni anno: si pensi che nel 2020 i morti per Covid-19 sono stati meno della metà. La questione climatica deve quindi essere trattata come un’emergenza, Johan Rockström l’ha definita come “la versione contemporanea dell’atterraggio sulla Luna”, “il progetto Apollo del nostro secolo”.
Il sistema energetico è una delle principali cause dell’inquinamento atmosferico e rivoluzionarne l’assetto è una grande sfida; l’idrogeno potrebbe rispondere a questa esigenza ed essere un punto di svolta. È l’elemento più leggero e abbondante dell’universo e la sua forma molecolare (H2) può essere utilizzata sia come combustibile green, in quanto ha il più alto contenuto di energia specifica tra i combustibili chimici e non emette CO2 in atmosfera sia come alimentazione delle celle a combustibile (“fuel cell”) per ottenere energia elettrica.
Sembra la soluzione perfetta, ma c’è un’importante criticità: l’idrogeno molecolare non si trova spontaneamente in natura in quantità apprezzabili, pertanto deve essere prodotto spendendo una certa quantità di energia. In pratica, l’idrogeno permette solo di trasformare l’energia disponibile in natura da una forma a un’altra e per questo, come per l’energia elettrica, si parla di vettore energetico e non di fonte energetica.
Di che colore è l'idrogeno?
Nel mondo si vendono circa 70 milioni di tonnellate di idrogeno all’anno per applicazioni industriali, costituendo un giro d’affari di 100 miliardi di dollari. La produzione del 99% di tutto questo idrogeno emette moltissima CO2 tramite reforming di gas naturale (idrogeno grigio) e gassificazione del carbone (idrogeno nero) e della lignite (idrogeno marrone).
Tuttavia, se si intende utilizzare l’idrogeno per scopi energetici non è possibile puntare su questi “colori”, ma bisogna virare verso l’idrogeno blu e soprattutto l’idrogeno verde. L’idrogeno blu è prodotto attraverso i metodi prima descritti a cui si associa però l’operazione di cattura e sequestro della CO2: in pratica, l’anidride carbonica prodotta viene sottratta dai fumi di scarico e stoccata permanentemente in cave geologiche idonee.
Ancora più interessante è l’idrogeno verde, perché la sua produzione avviene tramite energia rinnovabile e non emette gas serra. Si può utilizzare l’energia elettrica da eolico e fotovoltaico grazie al processo di elettrolisi dell’acqua oppure si possono sfruttare fonti rinnovabili diverse, come le biomasse o il calore solare; ad esempio, il calore rinnovabile ad alta temperatura ottenuto in impianti solari a concentrazione può essere utilizzato per alimentare cicli termochimici di water splitting (ovvero scissione della molecola di acqua in idrogeno e ossigeno).
Come si produce l'idrogeno verde?
Per produrre idrogeno verde c’è quindi bisogno di sole e vento, che hanno il grande problema della stagionalità: il picco di produzione da energia solare avviene in estate, mentre la domanda di energia primaria raggiunge il suo massimo in inverno; quindi, si potrebbero sovradimensionare gli impianti rinnovabili in modo da coprire il fabbisogno anche nelle condizioni peggiori (in inverno) oppure utilizzare moltissimi GW di batterie come accumulo, ma sarebbero entrambe delle scelte fallimentari per l’eccessivo sfruttamento del suolo, per l’estrazione delle terre rare, che servono alla produzione di pannelli fotovoltaici, turbine eoliche e batterie, e per il costo esorbitante.
A cosa serve
L’idrogeno funge da collegamento tra il “mondo degli elettroni” e “il mondo delle molecole” ed è molto più promettente delle batterie. Infatti, entrambi i sistemi permettono lo stoccaggio di energia trasformando l’elettricità (“elettroni”) in energia chimica (“molecole”), ma un chilogrammo di idrogeno contiene 120 MJ, oltre cento volte di più delle batterie elettrochimiche. Per questo si potrebbero utilizzare sistemi power to gas in cui l’energia elettrica rinnovabile in eccesso produce idrogeno verde da stoccare e utilizzare quando necessario.
Vantaggi dell'idrogeno
La facilità di trasporto è un punto a favore dell’idrogeno: può essere liquefatto a -253°C e trasportato via nave su lunghe distanze oppure immesso nella rete di trasmissione del gas a seguito di interventi di adeguamento. Snam è stata la prima società al mondo a consegnare una miscela di gas naturale e idrogeno al 5% a due imprese industriali di Contursi Terme (SA), un pastificio e un’azienda di imbottigliamento di acque minerali, che l’hanno bruciata come se fosse gas ma emettendo meno CO2.
L’idrogeno viene in soccorso anche nella decarbonizzazione dei cosiddetti hard to abate sectors, industrie ad alta intensità energetica, come quelle del cemento e dell’acciaio, trasporti aereo, marittimo e pesante su strada: si studia, infatti, la possibilità di utilizzare l’ammoniaca e il cherosene sintetico prodotti da idrogeno verde rispettivamente per i motori a combustione delle navi e per i motori a reazione degli aerei.
Una volta intercettato il fabbisogno delle utenze più energivore, si potrà puntare anche su riscaldamento residenziale e trasporto leggero. La Toyota ha già in commercio la Mirai, che ha un’autonomia di circa 500 chilometri con 5 chili di idrogeno, e all’inizio del 2020 ha annunciato per i prossimi anni un aumento di dieci volte della produzione di veicoli alimentati a celle a combustibile, portandola a 30.000 unità all’anno.
La stessa casa giapponese sta lavorando per realizzare una città a idrogeno ai piedi del monte Fuji per sperimentare l’interazione tra tecnologie come il trasporto autonomo e l’intelligenza artificiale. Una realtà simile è già in fase di realizzazione a Leeds, nel Regno Unito, dove la Northern Gas Network ha lanciato il H21 Leeds City Gate Project.
Infine, secondo quanto riportato da Marco Alverà nella “Rivoluzione idrogeno”: “L’idrogeno è una sorta di internet dell’energia, che può collegare tutti i settori dell’economia e della società per stimolare competizione e innovazione tra settori e aree geografiche, rendendo l’energia più conveniente, disponibile e abbondante per una popolazione globale in continua crescita” .
