Guardare al futuro con l’idrogeno?

Con l’avvento dell’energia rinnovabile, l’idrogeno diventa oggetto di attenzione dell’economia e della politica. Che ruolo può svolgere nella transizione energetica?

L’idrogeno è l’elemento chimico più diffuso nell’universo. In natura, l’idrogeno è presente prevalentemente in forma legata e solo raramente in forma pura. Deve pertanto essere ricavato a partire da composti chimici. E per l’operazione serve energia. Ecco perché l’idrogeno non è un vettore energetico primario, come il carbone, il petrolio o il gas naturale, ma un vettore energetico secondario. L’idrogeno non è dunque una fonte d’energia, ma un accumulatore d’energia. 

Il successo della transizione energetica dipende dagli accumulatori

La produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili, come l’energia solare o eolica, è soggetta alle fluttuazioni causate dalle condizioni atmosferiche e dalle variazioni nel corso della giornata e dell’anno. Proprio per questo gli accumulatori di energia dall’impiego flessibile svolgono un ruolo importante nell’approvvigionamento energetico sostenibile. Solo ricorrendo a un’elevata capacità di accumulo è possibile garantire un approvvigionamento energetico adeguato al fabbisogno. È questa la funzione che potrebbe assumere un domani l’idrogeno in misura sempre maggiore. 

L’idrogeno non è di per sé compatibile con il clima

Per il bilancio delle emissioni di CO₂, è fondamentale che nel processo di produzione dell’idrogeno l’energia provenga da fonti rinnovabili. Per quanto riguarda l’origine dell’energia primaria, si distinguono diversi tipi di idrogeno:

• Il cosiddetto idrogeno verde si genera con l’elettrolisi. È una procedura in cui l’acqua viene scissa in idrogeno e ossigeno mediante l’applicazione di corrente elettrica. Solo se questa corrente elettrica proviene da fonti rinnovabili si genera idrogeno verde con un bilancio di CO₂ neutro. 
• L’idrogeno grigio, invece, si ottiene con l’impiego di l’energia fossile e quindi non è neutro dal punto di vista climatico. Se le emissioni di CO₂ derivanti dalla produzione vengono filtrate e immagazzinate, si parla di idrogeno blu. Attualmente, circa il 99% dell’idrogeno prodotto in tutto il mondo è grigio. Esso viene utilizzato principalmente nell’industria e nella chimica. 

L’idrogeno verde è costoso e poco efficiente sul piano energetico

A causa del processo produttivo relativamente costoso e della domanda finora limitata, l’idrogeno verde è relativamente antieconomico. In particolare, rispetto all’energia fossile. Ma con l’aumento della domanda e con la conseguente espansione della produzione, la sua attrattività potrebbe migliorare notevolmente grazie alle economie di scala. 

Costi di produzione dell’idrogeno

Un altro svantaggio dell’idrogeno come mezzo di stoccaggio dell’energia è il suo basso rendimento. Durante la produzione e la successiva riconversione in energia elettrica, si perde gran parte dell’energia inizialmente impiegata. Mentre il rendimento di un’auto elettrica alimentata a batteria è compreso tra il 70 e il 90%, un’automobile a celle di combustibile alimentata con idrogeno non supera il 35%. In concreto, per coprire la stessa distanza un’auto a idrogeno consuma almeno il doppio dell’elettricità rispetto a un veicolo elettrico alimentato a batteria. 

Impieghi flessibili: il grande punto di forza

L’idrogeno presenta tuttavia anche molti vantaggi, in particolare per quanto riguarda le possibilità di impiego. L’idrogeno può essere utilizzato con la massima efficienza come materia prima diretta nell’industria e nella chimica. In questo contesto, l’impiego più promettente è nella produzione dell’acciaio: come sostituto diretto dei combustibili fossili, l’idrogeno verde può contribuire in modo decisivo alla decarbonizzazione di questo settore ad alta intensità di CO₂. Lo stesso vale per la produzione di prodotti chimici e di varie materie plastiche. In questi settori la domanda di idrogeno è già elevata e l’aumento dei prezzi della CO₂ potrebbe accelerare lo spostamento della domanda dall’idrogeno grigio all’idrogeno verde.

L’idrogeno verde prodotto in modo sostenibile può anche essere trasformato in gas e liquidi a bilancio di CO₂ neutro. A questo proposito, si parla di «power to gas» o di «power to liquid». Così facendo, è possibile ad esempio produrre diesel o cherosene a bilancio di CO₂ neutro. Grandi vantaggi dal punto di vista economico: questi carburanti sintetici possono alimentare i tradizionali motori a combustione interna. Gran parte dell’infrastruttura esistente può pertanto essere riutilizzata, il che relativizza lo svantaggio in termini di costi. 

Lo stesso si può affermare anche per il settore «power to gas». L’idrogeno verde può essere immesso direttamente nell’esistente rete di distribuzione del gas oppure può essere trasformato in gas naturale sintetico. In entrambi i casi è possibile continuare a utilizzare l’ampia infrastruttura esistente. La tecnologia consente l’accumulo di energia sostenibile per un lungo periodo quasi senza perdite, sia negli esistenti serbatoi di gas sia nella rete, e la successiva conversione in energia elettrica nel luogo di consumo, in funzione delle esigenze. Il «power to gas» è quindi indicato per livellare la produzione volatile di energia rinnovabile e per trasportarla su lunghe distanze.

Utilizzo razionale nel traffico pesante

L’idrogeno ha un’elevata densità energetica in massa. Un chilogrammo di idrogeno contiene circa la stessa energia di tre chilogrammi di benzina. Anche rispetto alla batteria agli ioni di litio l’idrogeno si comporta molto meglio. Nella pratica, ciò significa un enorme vantaggio in termini di peso: i propulsori basati sull’idrogeno sono molto più piccoli e più leggeri dei propulsori elettrici alimentati a batteria. Soprattutto nel trasporto di carichi pesanti su grandi distanze, l’idrogeno può mettere in atto i suoi vantaggi come carburante. Ad esempio, per un camion la propulsione a celle di combustibile basata sull’idrogeno è molto più adatta rispetto al motore elettrico alimentato a batteria: il vantaggio in termini di peso e il ridotto fabbisogno di spazio consentono una maggiore portata e un più ampio spazio di carico. Inoltre, il rifornimento si effettua molto più rapidamente.

Anche nei settori aerospaziale e marittimo l’idrogeno si presenta come un’alternativa ecologicamente valida rispetto ai combustibili fossili, ma in questo contesto, a causa dell’enorme domanda di energia, potrebbero essere utilizzati prevalentemente i carburanti sintetici a base di idrogeno, ovvero il diesel e il cherosene a bilancio di CO₂ neutro. In questi settori ad alta intensità di concorrenza è tanto più importante, dal punto di vista economico, poter evitare gli elevati costi d’investimento grazie alla possibilità di riutilizzare le infrastrutture esistenti. Non si prevede comunque una decarbonizzazione completa di questi settori prima del 2030. 

Tuttavia, visti i vantaggi in termini di peso, volume e portata rispetto ai sistemi a batteria, nel medio-lungo termine si prospetta un grande potenziale per i propulsori a idrogeno nel settore del trasporto pesante. 

Costi ancora eccessivi per il trasporto individuale

Questi vantaggi hanno però un peso minore nel trasporto individuale. A tale riguardo, la propulsione a idrogeno rimane indietro rispetto al motore elettrico a batteria, a causa delle sue debolezze in termini di rendimento e dei suoi costi relativamente elevati. 

Rendimento di propulsori alternativi

Inoltre, manca ancora una rete di stazioni di rifornimento. Ma questi scogli economici e tecnologici si possono superare. In particolare, i rapidi progressi tecnologici potrebbero far sì che l’idrogeno svolga un ruolo sempre più importante anche nei trasporti privati a corto raggio, ma il successo economico dell’automobile a idrogeno richiederà tempo. Nel prossimo futuro, la propulsione a idrogeno continuerà probabilmente a occupare solo una posizione di nicchia nel trasporto individuale. 

Nel lungo termine l’idrogeno ha un potenziale

Utilizzato come mezzo di stoccaggio, l’idrogeno ha una sua importanza nell’approvvigionamento energetico del futuro. Per sfruttare questo potenziale, l’idrogeno deve essere incentivato soprattutto laddove il suo uso è più indicato per ragioni ambientali ed economiche. 

E qui la regolamentazione svolge un ruolo decisivo. Essa può promuovere in modo mirato la domanda di idrogeno verde. Su questa base può nascere un’industria che consenta anzitutto di realizzare le economie di scala necessarie per ridurre i costi. In tal modo dovrebbe avviarsi un circolo virtuoso che contribuisca a rendere l’idrogeno interessante ed economicamente competitivo per un ambito d’applicazione sempre più ampio. Solo così l’idrogeno potrà sfruttare appieno il suo potenziale come accumulatore d’energia in un sistema energetico sostenibile. Ma oggi gli investitori sono ben consigliati, sanno che è importante diversificare ampiamente gli investimenti nel settore dell’approvvigionamento energetico del futuro e puntare, in particolare nel settore degli accumulatori d’energia, non solo sull’idrogeno ma anche sulle batterie e su altri supporti di stoccaggio.