L’idrogeno come vettore energetico sta vivendo una seconda giovinezza. Dopo esser diventato popolare all’inizio del nuovo millennio, con il best seller di Jeremy Rifkin che lo dipinse come la soluzione a tutti i problemi energetici del mondo, approfondite analisi dimostrarono come alternative più economiche lo rendessero poco pratico nel breve termine. Come mai allora il rinnovato interesse?

Il primo elemento è l’approvazione dell’Accordo di Parigi, che prevede di limitare l’aumento della temperatura media rispetto all’era pre-industriale ben al di sotto dei due gradi Celsius. Perché ciò avvenga, è diventato imperativo a livello globale attuare una rapida decarbonizzazione della produzione e del consumo di energia. Mentre tale transizione si è avviata nel settore elettrico – seppur non alla velocità necessaria – per quanto riguarda i cosiddetti usi finali i progressi in tal senso appaiono limitati. In particolare gli edifici, i trasporti e l’industria necessitano di un’accelerazione decisa per mezzo di opzioni tecnologiche capaci di offrire una rapida decarbonizzazione, supportate con convinzione da un quadro normativo stabile ed in grado di promuove i significativi investimenti necessari.

Scenario IRENA per la transizione energetica al 2050 in linea con l’accordo di Parigi

Fonte: IRENA (2018) Global Energy Transformation: A Roadmap to 2050

L’idrogeno risponde a tale profilo, perché consente di fare leva sui progressi nello sviluppo dell’energia rinnovabile nel settore elettrico al fine di decarbonizzare gli usi finali. Ci sono vari modi per raggiungere tale obiettivo, ma se alcuni di questi possono contare su grandi infrastrutture esistenti – come la rete del gas naturale – per raggiungere gli usi finali in maniera capillare, altri richiedono lo sviluppo di nuove filiere logistiche, con investimenti che necessitano di un’azione coordinata di governi e settore privato.

L'idrogeno prodotto da elettricità rinnovabile negli usi finali di energia

Fonte: IRENA (2018) Hydrogen from Renewable Power: Technology Outlook for the Energy Transition

Alcuni settori, tuttavia, presentano particolari difficoltà in un’ottica di decarbonizzazione. L’industria pesante richiede alte temperature di processo e, spesso, presenza di carbonio: due aspetti che non possono essere soddisfatti dall’elettricità e da altri vettori energetici. Al contrario, l’idrogeno può fornire temperature più alte ed è in grado di decarbonizzare gran parte dei settori industriali che attualmente richiedono carbonio tramite processi alternativi, come ad esempio la riduzione diretta del ferro in alternativa agli altoforni. Per quanto riguarda il trasporto merci, l’idrogeno può fornire un contributo decisivo nel trasporto su gomma, rotaia e marittimo, grazie anche al suo uso efficiente nelle celle a combustibile, contribuendo a decarbonizzare il settore dei trasporti in sinergia con i veicoli elettrici a batteria.

Usi finali di energia e settori dove oggigiorno mancano alternative economicamente  competitive rispetto ai i combustibili fossili (aree tratteggiate)

Fonte: IRENA (2017) Accelerating the Energy Transition through Innovation

Il costo dell’elettricità da fonti rinnovabili – in particolare solare fotovoltaico ed eolico – è sceso drasticamente negli ultimi 10 anni, passando da essere l’elettricità più costosa, sussidiata per i suoi benefici ambientali, ad essere in molte parti del mondo la scelta più economica per produrre elettricità già oggi, prima ancora di prendere in considerazione i benefici ambientali. Questo è uno degli elementi determinanti per riaprire la discussione sull’idrogeno, ora che la sua produzione da fonti rinnovabili comincia ad avere un costo competitivo rispetto alle alternative fossili, almeno quando si considera il costo dell’anidride carbonica emessa quando l’idrogeno è prodotto da gas naturale o carbone.

Diversi modelli logistici e di business si stanno sviluppando intorno alle filiere dell’idrogeno da fonti rinnovabili. I due modelli estremi sono: 1) produzione da elettrolisi connessa alla rete elettrica da parte di grandi consumatori industriali o di stazioni di rifornimento per trasporto (vicino alla domanda); 2) produzione da elettrolisi in siti dove le migliori risorse rinnovabili consentono di conseguire bassi costi di produzione dell’idrogeno (vicino alla generazione).

Il primo modello consente di risparmiare sui costi logistici, che ancora oggi sono un ostacolo significativo allo sviluppo dell’idrogeno su larga scala. Questa soluzione presenta però delle difficoltà oggettive che includono il prezzo dell’elettricità ed il fatto che la maggior parte delle reti elettriche usino ancora oggi grandi quantità di fonti fossili. In questo caso sarebbe quindi necessario ricorrere a strumenti integrativi (come ad esempio accordi bilaterali tra produttori di elettricità rinnovabile e produttori di idrogeno) per assicurarsi che tutta l’elettricità utilizzata sia effettivamente prodotta da fonti rinnovabili.

Il secondo modello consente la produzione su larga scala di idrogeno da solare, eolico, idroelettrico e geotermico in siti dove le risorse eccedono di gran lunga la domanda locale. In particolare questa soluzione conviene dove tali risorse hanno un costo particolarmente basso grazie ad una produttività molto alta per unità di generazione installata. Ciò consentirebbe sia un utilizzo ottimale degli investimenti in generazione rinnovabile sia l’eliminazione dei costi di rete, dato che la produzione di elettricità verrebbe dedicata esclusivamente alla produzione di idrogeno, senza bisogno di investimenti in trasmissione e distribuzione. D’altra parte, trasportare l’idrogeno dai siti di produzione all’uso finale ha dei costi significativi e, per quanto vi siano ad oggi varie opzioni in fase di studio, non esistono ancora navi che spediscano idrogeno liquefatto come si fa per il GNL. Inoltre, la catena dell’ammoniaca per la produzione di idrogeno, seppure ben sviluppata, normalmente non richiede il cracking da ammoniaca ad idrogeno prima dell’uso finale (l’ammoniaca viene usata direttamente nella produzione di fertilizzanti, attualmente la prima voce di domanda di idrogeno a livello mondiale).

Modelli intermedi esistono e sono anche questi in fase di studio, come ad esempio la produzione di idrogeno congiunta alla produzione di semilavorati per uso industriale – più facili da esportare dell’idrogeno – o la produzione di idrogeno dove una combinazione di buone risorse rinnovabili ed infrastrutture esistenti creano un equilibrio tra costi di produzione e costi di trasporto. Un esempio in questa direzione è la produzione di idrogeno da eolico nel Mare del Nord per iniezione diretta nell’infrastruttura del gas naturale, sia come idrogeno puro, sia miscelato a gas naturale, sia come gas naturale sintetico (prodotto aggiungendo all’idrogeno anidride carbonica dall’atmosfera).

In conclusione, la produzione di idrogeno da fonti rinnovabili può dare un contributo essenziale per la decarbonizzazione del nostro settore energetico, se supportata da catene logistiche che non ne aumentino eccessivamente il costo per il consumatore finale.

Problematiche relative allo sviluppo del settore persistono, con le associate questioni da risolvere in termini di politiche e regolamentazioni a supporto. Le difficoltà tecniche sono ancora presenti, seppur in maniera limitata, e non sono l’ostacolo principale.  La sfida da vincere è sui costi, così come lo era nella scorsa decade. Quello che è cambiato è che ci sono oggi nuove opportunità fornite dalla drastica riduzione del costo dell’elettricità da fonti rinnovabili e dall’impegno politico globale nell’affrontare la crisi climatica. IRENA ha recentemente sviluppato un’analisi sul ruolo dell’idrogeno nella transizione energetica alla luce di tali nuove condizioni e ne ha discusso le implicazioni con un gruppo di esperti ad IRENA Innovation Week.

L’autore dell’articolo è autore principale del rapporto “Hydrogen from Renewable Power: Technology Outlook for the Energy Transition” pubblicato nel Settembre 2018 da IRENA ed e’ responsabile del team “Power Sector Transformation Strategies” presso l’International Renewable Energy Agency (IRENA)