Economia dell'idrogeno: il carburante del futuro su cui occorre lavorare oggi 

Con i crescenti effetti del cambiamento climatico globale, per la fornitura di energia è necessario puntare su fonti pulite e sostenibili. Tra le varie fonti di energia, l'idrogeno presenta numerosi vantaggi perché può rivoluzionare il modo in cui alimentiamo il nostro mondo.

L'idrogeno è l'elemento più abbondante nella tavola periodica anche se, non essendo immediatamente disponibile, la sua produzione richiede una serie di trattamenti chimici. Il suo elevato contenuto energetico e la completa assenza di emissioni di carbonio lo rendono un'alternativa sostenibile e convincente ai tradizionali combustibili fossili per l'accumulo e la produzione di energia.

Quando utilizzato come combustibile, l'idrogeno rilascia solo vapore acqueo e, grazie a una vasta serie di metodi di produzione, può essere prodotto, immagazzinato e consumato on-demand, senza dimenticare che è trasportabile, anche se con diverse difficoltà, e quindi pronto a diventare una fonte energetica flessibile e affidabile.

Tuttavia, come per la maggior parte delle iniziative di questo tipo, lo sviluppo dell’economia dell’idrogeno e l’adozione di processi alimentati a idrogeno comportano diverse difficoltà, legate soprattutto alla mancanza di infrastrutture e normative.

Uno dei primi passi per capire l'attuale situazione dell'idrogeno è quello di conoscere i vari mezzi per ottenerlo o produrlo, ognuno con diverse implicazioni finanziarie, di sostenibilità e normative.

Come per ogni bene di consumo, l'idrogeno può essere pulito ed ecologico solo quanto lo è il suo metodo di produzione. Per distinguere i livelli di ecocompatibilità dell’idrogeno si utilizza un sistema di codifica a colori. I colori sono più numerosi di quelli qui riportati ma queste sono le alternative basilari, tenendo presente che il metano è il principale componente del gas naturale.

• Idrogeno grigio: si tratta del metodo di produzione attualmente più diffuso, in cui l'idrogeno grigio viene ricavato dal gas naturale attraverso il reforming con vapore del metano (SMR) o il reforming autotermico (ATR). Sebbene economicamente convenienti, questi processi rilasciano nell’atmosfera notevoli quantità di anidride carbonica, annullando la maggior parte dei benefici ambientali derivanti dall’uso dell’idrogeno grigio come combustibile.
• Idrogeno blu: simile all'idrogeno grigio per ciò che riguarda i trattamenti SMR e ATR del gas naturale, l'idrogeno blu prevede tecnologie CCS (carbon capture and storage) che catturano e sequestrano le emissioni di anidride carbonica generate durante la produzione. Grazie all'integrazione di procedure CCS, questo metodo è considerato più sostenibile ma è anche più costoso. Il reforming autotermico (ATR) è più adatto alla produzione di idrogeno blu perché genera un flusso di anidride carbonica più puro rispetto al reforming con vapore del metano (SMR).
• Idrogeno verde: l'idrogeno verde viene prodotto per elettrolisi, un processo che divide le molecole d'acqua in idrogeno e ossigeno utilizzando l'elettricità proveniente da fonti di energia pulita come quella eolica, solare o idroelettrica. Non generando emissioni di carbonio, questo metodo è quindi più sostenibile ma i costi di produzione e l'approvvigionamento di energia rinnovabile sono un problema.
• Idrogeno turchese: si tratta di una tecnologia emergente che prevede la pirolisi del metano ovvero la scissione del metano - il componente principale del gas naturale - in idrogeno e carbonio solido. Anche se ancora in fase di sviluppo, questo metodo rappresenta un'alternativa a basse emissioni all'idrogeno grigio, a condizione che il carbonio generato come sottoprodotto venga utilizzato o sequestrato in modo efficace.

Sebbene ancora ai suoi primi passi, l'economia dell'idrogeno inizia a prendere forma, dimostrando di avere la versatilità e il potenziale per essere ampiamente adottata a livello globale. L'idrogeno è già un elemento sostanziale in diversi processi industriali, dalla produzione di ammoniaca per i fertilizzanti ai processi di raffinazione dei prodotti petroliferi.

Nel settore dei trasporti, si stanno progressivamente affermando i veicoli elettrici con celle a combustibile (EV) alimentate a idrogeno e questo perché rappresentano un'alternativa a zero emissioni, con tempi di rifornimento molto più rapidi (minuti anziché ore) rispetto ai veicoli elettrici a batteria. L'idrogeno può essere utilizzato anche nelle celle a combustibile stazionarie per la produzione di energia destinata a case e aziende, soprattutto nelle aree remote e nelle regioni con accesso limitato alla rete.

È anche un efficiente mezzo per l'accumulo dell'energia perché consente di catturare l'energia rinnovabile prodotta in eccesso durante i periodi di punta e immagazzinarla per un uso successivo. A differenza delle batterie - che sono più adatte all'accumulo di energia a breve termine - la capacità dell'idrogeno di immagazzinare grandi quantità di energia per periodi prolungati lo rende ideale per l'accumulo stagionale, a supporto delle fluttuazioni nella produzione di energia rinnovabile. Rispetto alle batterie, l'accumulo di idrogeno richiede molto meno spazio e il peso è decisamente inferiore, praticamente senza alcuna perdita di energia nel tempo.

L’integrazione dei metodi di produzione di energia basati sui combustibili fossili con l’energia ricavata dall’idrogeno può contribuire ad affrontare molte delle urgenti sfide climatiche che l’umanità e il pianeta stanno affrontano, in particolare per quanto riguarda le emissioni di gas serra. Con lo sviluppo dell’economia dell’idrogeno, le aziende hanno la possibilità di mitigare il cambiamento climatico e raggiungere gli obiettivi di sostenibilità che si sono prefissate.

Inoltre, l’idrogeno aumenta la sicurezza energetica diversificando le forniture e riducendo la dipendenza dalle fonti convenzionali, sempre più influenzate dalle dinamiche geopolitiche. L'economia dell'idrogeno è un'opportunità per promuovere l'innovazione, creare nuove industrie e posti di lavoro e stimolare la crescita economica lungo tutta la catena del valore. L'introduzione di processi industriali alimentati a idrogeno permette anche di ridurre gli inquinanti atmosferici, con il conseguente miglioramento della qualità dell'aria - soprattutto nelle aree densamente popolate - e tutta una serie di benefici per la salute pubblica. 

Nonostante i vantaggi che presenta, l'adozione dell’idrogeno su larga scala deve superare ancora diversi ostacoli. 

L’idrogeno verde, ad esempio, può alimentare le infrastrutture a emissioni zero ma la produzione resta notevolmente più costosa rispetto ai tradizionali combustibili fossili. Ridurre i costi di produzione dell’idrogeno verde è una delle massime priorità per stimolare l’economia dell’idrogeno. 

Anche la produzione di idrogeno blu è decisamente più costosa di quella di idrogeno grigio e, per aumentarne l’uso, sarà necessario ricorrere a degli incentivi. 

L’idrogeno, inoltre, non dispone di infrastrutture consolidate per la produzione, lo stoccaggio, il trasporto e la distribuzione. A questo si può porre rimedio solo investendo significativamente nella costruzione di nuove infrastrutture e nell’adattamento di quelle esistenti, in modo che riescano a gestire l’idrogeno con efficienza e in sicurezza. Dell'equazione fanno parte anche la fiducia e l’accettazione da parte della collettività delle tecnologie dell’idrogeno nei processi industriali e di consumo e ciò richiede campagne di sensibilizzazione per informare sui vantaggi dell’idrogeno, affrontare i problemi di sicurezza e sfatare i preconcetti.

Infine, è necessario conoscere e comprendere a fondo i protocolli e le normative di sicurezza lungo l’intera catena del valore, dai metodi di produzione e stoccaggio al trasporto e all’uso finale. Le agenzie di regolamentazione svolgono un ruolo significativo, sia nell’educazione degli attuali e dei potenziali utilizzatori di idrogeno che nell'incentivazione del suo uso. 

Attraverso politiche e incentivi mirati, governi e organismi regolatori possono incidere drasticamente sullo sviluppo dell’economia dell’idrogeno. Stiamo parlando di tasse sul carbonio, crediti per l’energia rinnovabile o sistemi basati su quote di emissione di tipo cap&trade che rendono l’energia verde più attraente per le aziende. La legge statunitense del 2022 sulla riduzione dell'inflazione (Inflation Reduction Act) include, ad esempio, crediti d'imposta per l'energia pulita e altre disposizioni per aumentare la produzione nazionale di energia rinnovabile. Nel contempo, Giappone e Corea del Sud si sono impegnati a raggiungere la neutralità carbonica entro il 2050, e l'intera Unione Europea sta seguendo l'esempio.

Oltre a intervenire politicamente, i governi stanno finanziando le attività di ricerca e sviluppo che sono fondamentali per ridurre i costi di produzione dell'idrogeno verde e blu, migliorare l'efficienza delle tecnologie dell'idrogeno e trovare nuove applicazioni per questo versatile vettore energetico. I finanziamenti e gli incentivi pubblici possono accelerare l’implementazione di stazioni di rifornimento, condotte e impianti di stoccaggio, creando un’infrastruttura solida che favorisca una sempre maggiore adozione dell'idrogeno.

Anche gli enti pubblici svolgono un ruolo importante, definendo protocolli e regolamenti di sicurezza chiari nella catena del valore dell’idrogeno. Rafforzare queste pratiche è fondamentale per garantire la sicurezza pubblica e rafforzare la fiducia nelle tecnologie dell’idrogeno..

Considerato che l’economia dell’idrogeno è ancora ai primi passi, le applicazioni potenziali vanno ben oltre gli usi attuali. Settori come quelli che si dedicano alla produzione di acciaio e cemento - noti per la loro grande impronta di carbonio a causa dei processi ad alta intensità energetica - stanno cercando attivamente di ridurre l'impatto ambientale integrando l'idrogeno all'energia basata sui combustibili fossili.

Anche la riduzione delle emissioni di carbonio nel settore marittimo e in quello aeronautico - che dipendono fortemente dai combustibili fossili - si è rivelata una sfida. Tuttavia, le celle a idrogeno per l'alimentazione dei motori a combustione prospettano potenziali soluzioni.

Nei convenzionali impianti per produzione di energia alimentati a gas naturale, la parziale integrazione dell'idrogeno consente di ridurre le emissioni di carbonio nell’atmosfera. Adesso, le turbine a gas di nuova concezione possono utilizzare anche solo l'idrogeno come fonte di combustibile, senza doverlo miscelare al gas naturale.  

Nelle applicazioni residenziali e commerciali, l'idrogeno può essere miscelato al gas naturale fino a una percentuale del 20% e utilizzato senza apportare modifiche alle apparecchiature esistenti (impianti di riscaldamento, stufe, scaldabagni e asciugatrici); un'altra strada per ridurre le emissioni di carbonio e creare ambienti di vita più sani. 

Lo sviluppo di una solida economia dell’idrogeno non avverrà con singole iniziative isolate. Richiede un approccio collaborativo tra tutte le parti interessate, che si tratti di produttori, fornitori, istituti di ricerca pubblici e privati, governi e collettività. Per perseguire l’innovazione, ridurre le barriere di costo, superare le sfide tecniche e garantire la sicurezza, è necessario proseguire con la ricerca, lo sviluppo e altri progetti pilota. 

Nonostante le problematiche esistenti, l'utilizzo dell'idrogeno offre numerosi vantaggi perché consente di ridurre le emissioni di anidride carbonica e integrare energia verde sostenibile nei sistemi di fornitura attuali. Per vincere le sfide poste dall'adozione di questa tecnologia è necessario procedere con la ricerca, l'istruzione, l'innovazione tecnologica e iniziative legislative comuni. Ciò richiede molto impegno ma non bisogna dimenticare che l'uso dell'idrogeno su larga scala rappresenta una grande opportunità per un futuro più pulito, non solo per l'industria.