Scalabilità dell'infrastruttura per aggiungere l'idrogeno verde 

La spinta globale per la riduzione dei gas serra ha messo l'idrogeno, in particolare l'idrogeno verde prodotto da fonti di energia rinnovabili, sotto i riflettori. Anche se agli albori, l'economia dell'idrogeno rappresenta un'opportunità per rendere più sostenibili i trasporti, i processi industriali e la produzione di energia. Ma per ottenere questi vantaggi è necessario superare numerose sfide infrastrutturali a valle della fase produttiva.

L'adozione su larga scala dell'idrogeno verde richiederà costanti investimenti per ricerca e sviluppo, la collaborazione intraorganizzativa in merito a produzione e consumo e solidi quadri normativi.

In primo luogo è necessario riattare o sostituire l'infrastruttura del gas naturale esistente, comprese condotte, strutture di stoccaggio e reti di trasporto, per gestire l'idrogeno in sicurezza e con efficacia, date le sue peculiari caratteristiche chimiche. Poiché le molecole del gas idrogeno sono le più piccole in assoluto, sono inclini alle perdite. Si rende quindi necessario l'uso di tecniche di tenuta e materiali speciali per garantire sicurezza ed efficienza di trasporto e stoccaggio. Inoltre, l'idrogeno può indebolire strutture navali e condotte realizzate in materiali non compatibili e una volta acceso la sua fiamma è quasi invisibile e impossibile da vedere alla luce del giorno, con conseguenti rischi per la sicurezza.

Stoccaggio e trasporto presentano complessità logistiche supplementari. Quando lo spazio è un fattore determinante, che si tratti di stoccaggio o di stivaggio su nave per il trasporto, la bassa densità energetica volumetrica dell'idrogeno rispetto a quella di gas naturale e combustibili fossili liquidi richiede condizioni estreme: la compressione fino a 700 bar (10,500 psi) o la liquefazione a temperature pari o inferiori a - 253 °C (- 423.4 °F). Il mantenimento dell'idrogeno in questi stati ha un alto consumo energetico, a cui si aggiungono ulteriori requisiti in termini di apparecchiatura, energia e costi per trasporto e stoccaggio a lungo termine.

Per affrontare le sfide inerenti alle condotte occorre investire in materiali speciali resistenti all'infragilimento da idrogeno, mentre la questione relativa a trasporto e stoccaggio obbliga a complessi calcoli di efficienza energetica e processi decisionali sulla base di numerose variabili.

Attualmente, la produzione di idrogeno deriva per la maggior parte dall'estrazione di combustibili fossili tramite processi quali reforming con vapore del metano e reforming autotermico [link a L2H04 Blue Hydrogen SMR]. Nelle loro forme più semplici, questi processi generano idrogeno grigio, denominato così perché la sua produzione implica la liberazione di anidride carbonica e altri gas serra che compromettono i vantaggi ambientali che l'idrogeno dovrebbe apportare. Questo gas di evaporazione può essere catturato, e in questo caso si otterrebbe idrogeno blu [link a L2H04 Blue Hydrogen SMR], ma la cattura, il trasporto e lo stoccaggio sono processi costosi.

La produzione di idrogeno verde [link a L2H02 Green H2 Production] elimina questi problemi, ma comporta la necessità di notevoli investimenti per gli elettrolizzatori, generalmente alcalini o a membrana a scambio protonico, la capacità e l'infrastruttura della rete e di altri investimenti per l'ecosistema in termini di equilibrio impiantistico. L'elettrolisi utilizza energia elettrica per scindere le molecole di acqua nei suoi componenti idrogeno e ossigeno, dopodiché l'idrogeno viene raccolto e l'ossigeno innocuo viene rilasciato in atmosfera o ulteriormente trattato per altri usi industriali. Se l'alimentazione avviene da fonti di energia rinnovabili, quali l'eolico, il solare o l'idroelettrico, l'idrogeno risultante è verde e sostenibile.

L'alimentazione della rete con energia elettrica prodotta da idrogeno verde pone alcune sfide, poiché richiede una nuova infrastruttura energetica e la perfetta integrazione nei sistemi di alimentazione esistenti. La necessità di tale integrazione è sempre più pressante. Le persone stanno passando a reti intelligenti, soluzioni di accumulo di energia e sofisticati sistemi di gestione dell'energia per bilanciare la crescente domanda di energia rinnovabile, caratterizzata da fluttuazioni in positivo o in negativo a fronte di una fornitura intermittente.

Anche se l'idrogeno non tiene il passo con i combustibili fossili tradizionali in termini di costo per unità energetica, si prevede che il suo prezzo diminuirà nei prossimi decenni. Ciò potrebbe essere in conseguenza dell'evoluzione delle tecnologie di produzione e utilizzo, degli investimenti pubblici e privati sull'infrastruttura andati a buon fine e sulla standardizzazione diffusa di pratiche di sicurezza.

Nonostante queste sfide, l'economia dell'idrogeno verde suscita interesse per il suo potenziale di “zero emissioni nette”. In abbinamento a pratiche produttive pulite, l'idrogeno da rinnovabili può avere come uniche emissioni il vapore acqueo, il che rende questo gas una componente fondamentale per raggiungere gli obiettivi relativi alle emissioni e mitigare il cambiamento climatico.

Inoltre, poiché l'idrogeno può essere stoccato in varie forme per periodi prolungati senza gli inconvenienti rappresentati dalla degradazione dell'energia nelle batterie (a spese di una minore efficienza nella generazione di energia elettrica nello stoccaggio a breve termine) risolve i problemi di intermittenza delle fonti di energia rinnovabili come il solare e l'eolico. L'idrogeno stoccato può essere poi utilizzato per generare energia elettrica nei periodi di picco di domanda, potenziando stabilità e affidabilità della rete, oppure per alimentare veicoli o processi industriali. La capacità di stoccare e destinare in modo flessibile l'energia rinnovabile è una componente chiave per il funzionamento ottimale delle reti elettriche alimentate da rinnovabili.

Oltre che per generare energia elettrica, l'idrogeno viene utilizzato per un'ampia gamma di applicazioni, dall'alimentazione di veicoli pesanti e processi industriali al riscaldamento di abitazioni e altri edifici. Nel campo dei trasporti, i veicoli alimentati con celle a combustibile a idrogeno rappresentano un'alternativa a emissioni zero ai camion e agli autobus alimentati a gasolio, oltre ad avere maggiore autonomia e tempi di ricarica più rapidi rispetto ai veicoli elettrici a batteria. Soprattutto nel trasporto a lungo raggio, il peso delle batterie e i lunghi tempi di ricarica comportano ostacoli di tipo economico e logistico.

In campo industriale, l'idrogeno può essere utilizzato come materia prima pulita per produrre ammoniaca [link a L2H05 Ammonia/Green Ammonia Production] e altre sostanze chimiche, diminuendo il ricorso a processi basati su combustibili fossili in settori quali la produzione di acciaio, cemento e fertilizzanti.

I governi di tutto il mondo iniziano a capire il potenziale trasformativo dell'idrogeno e di conseguenza stanno implementando politiche e incentivi per accelerarne l'adozione. Ciò comprende ad esempio il finanziamento diretto di ricerca e sviluppo, crediti fiscali per la produzione e l'uso di idrogeno e mandati per la miscelazione dell'idrogeno nelle reti di gas naturale esistenti [link a L2H03 Hydrogen in Natural Gas] come misura di transizione, ove possibile.

Ad esempio, l'Unione Europea ha reso nota la sua Strategia per l'idrogeno , che punta a stabilire una catena del valore dell'idrogeno completa, comprendente un piano che prevede l'installazione di elettrolizzatori per una capacità di 40 gigawatt entro il 2030. Contemporaneamente, sia il Giappone sia la Corea del Sud hanno annunciato piani ambiziosi per diventare Paesi alimentati a idrogeno . Inoltre, per facilitare il commercio transfrontaliero di idrogeno stanno nascendo collaborazioni internazionali al fine di armonizzare standard e normative.

Mentre ancora non ci sono certezze in merito alla tempistica per la completa realizzazione dell'economia dell'idrogeno, la maggior parte degli esperti prevede una crescita significativa nell'arco dei prossimi decenni. L'Hydrogen Council, un organismo nato su iniziativa dei CEO di aziende leader a livello mondiale, ipotizza che l'idrogeno potrebbe soddisfare fino al 24% della domanda globale di energia entro il 2050 , a fronte di un mercato di 2,5 trilioni di dollari annui. Questa crescita deve essere guidata da un insieme di fattori, che comprendono avanzamenti tecnologici nel campo di produzione e stoccaggio dell'idrogeno, la diminuzione dei costi dell'energia rinnovabile e politiche governative sempre più severe in materia di clima.

La fattibilità dell'economia dell'idrogeno verde fa affidamento anche sulla disponibilità di fonti di energia rinnovabili e sullo sviluppo di un'infrastruttura efficiente. Se al momento la produzione di idrogeno verde è largamente supportata da incentivi governativi, le previsioni sono di una diminuzione dei costi man mano che la tecnologia migliora, le economie di scala vengono raggiunte e la domanda globale di idrogeno aumenta. Ad esempio, il governo USA punta a costi di 2 USD/kg entro il 2026 e di 1 USD/kg entro il 2031 .

Nello stesso modo in cui le batterie e i pannelli solari hanno preso piede nei precedenti due decenni, le tecnologie energetiche a idrogeno presentano un'opportunità in gran parte non ancora sfruttata di efficienza e crescita nel breve termine. Con la diminuzione dei costi di produzione e l'ampliamento dell'infrastruttura, si prevede che l'idrogeno penetrerà gradualmente in altri settori, riducendo alla fine le emissioni di carbonio dei sistemi energetici.

Il successo dell'economia di scala nel mercato energetico dell'idrogeno dipende dalla collaborazione fra istituti di ricerca, governi e portatori di interesse nel settore industriale. Quadri normativi chiari e coerenti che assicurino la certezza nel lungo periodo sono essenziali per attrarre investimenti e promuovere l'innovazione a basse emissioni di carbonio, mentre la cooperazione internazionale è fondamentale per stabilire standard e normative a livello globale che facilitino il commercio transfrontaliero di idrogeno.

Oltre a incentivare e supportare gli sforzi nel settore ricerca e sviluppo, sarà necessario superare ostacoli tecnici, ad esempio migliorare l'efficienza e ridurre i costi degli elettrolizzatori, elaborare tecnologie di liquefazione e pressurizzazione dell'idrogeno più efficienti dal punto di vista energetico e sviluppare condotte sufficienti, perché l'idrogeno possa essere adottato su larga scala a fianco dei combustibili fossili esistenti.

Infine, la continuità di standard, politiche e attività di formazione inerenti alla sicurezza in materia di produzione, stoccaggio e manipolazione dell'idrogeno contribuirà a instaurare fiducia nell'opinione pubblica e a favorire una percezione positiva del potenziale energetico pulito di questo combustibile. Anche se l'adozione dell'idrogeno continua a porre sfide notevoli, il futuro dell'economia dell'idrogeno è roseo. Rimediando ai limiti dell'infrastruttura, incentivando gli avanzamenti tecnologici e implementando quadri normativi di supporto, l'idrogeno verde può essere determinante per la riduzione delle emissioni di carbono nei decenni a venire.