Come si Produce l’Idrogeno Verde? Definizione e Sviluppi

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Cos’è e come si produce l’idrogeno verde? Viene indicato spesso come uno degli elementi chiave del processo di decarbonizzazione globale eppure rappresenta una quota ancora minima della produzione di energia pulita.

L’idrogeno ha tutto il potenziale per essere incluso all’interno delle fonti di energia del futuro. Il problema è che la sua produzione viene effettuata ancora quasi totalmente con impianti a gas naturale e carbone che emettono CO2.

In questo articolo del JOurnal vediamo come si produce l’idrogeno verde e qual è la differenza fra idrogeno verde, blu e grigio.

Indice dei contenuti

Cos'è l'idrogeno verde?

L’idrogeno verde è idrogeno prodotto attraverso fonti pulite e, al momento, rappresenta soltanto l’1% della produzione totale di idrogeno. 

La Commissione europea ha intenzione di cambiare questo stato di cose e ha costruito un’intera strategia di supporto all’idrogeno, mettendolo al centro del Green Deal e dei suoi cospicui fondi. 

Per Bruxelles lo sviluppo delle tecnologie all’idrogeno è fondamentale per il raggiungimento della neutralità climatica del continente.

L’idrogeno è l’elemento più abbondante dell’universo e può essere usato come combustibile universale particolarmente leggero e pulito. 

I suoi vantaggi sono così numerosi che c’è chi ipotizza per il prossimo futuro un’economia all’idrogeno, il cui consumo di energia sarebbe cioè basata interamente su di esso. Ma rimangono dei problemi non indifferenti relativi alla disponibilità dell’elemento in natura e al livello di sviluppo delle tecnologie.

Come si produce l'idrogeno verde?

Sul nostro pianeta l’idrogeno molecolare è assai scarso e si trova prevalentemente combinato ad altri elementi. Il modo più comune di ottenere l’idrogeno verde è il processo chimico dell’elettrolisi. 

Per ottenere idrogeno con questo metodo l’acqua viene scissa in ossigeno e idrogeno per mezzo di una corrente elettrica prodotta, in genere, da impianti fotovoltaici o attraverso biomasse.

Una delle maggiori sfide per le biotecnologie è quella di rendere le piante e i batteri capaci di produrre idrogeno in modo efficiente e controllato.

Nel frattempo l’industria fotovoltaica sta sviluppando attualmente delle celle multi-giunzione più efficienti per ridurre i costi di questa tecnologia.

Quanti tipi di idrogeno esistono?

Esistono diversi modi di ottenere H2, con altrettanti tipi (e colori) di idrogeno: verde, blu, grigio, viola e nero. 

L’idrogeno nero è prodotto con una tradizionale centrale elettrica a gasolio o a carbone, quello viola con il nucleare. In Europa soltanto la Francia produce idrogeno viola, mentre Germania e Regno Unito, che pure hanno centrali nucleari, preferiscono l’idrogeno verde.

L’idrogeno è detto grigio quando viene prodotto attraverso una combinazione chimica con il gas metano. L’idrogeno blu prevede lo stesso sistema, solo che le emissioni vengono catturate e depositate sotto terra, in modo da non disperderle nell’atmosfera. Soltanto l’idrogeno verde è totalmente pulito.

Idrogeno verde: caratteristiche

Quando l’elettricità impiegata nell’elettrolisi è generata attraverso una fonte di energia rinnovabile si parla di idrogeno verde.

Il verde non ha quindi nulla a che fare con il colore dell’idrogeno (che è incolore e, allo stato gassoso, completamente invisibile), ma serve soltanto a indicare il modo in cui è stato prodotto.

Già all’interno dell’idrogeno verde si cominciano a fare alcune distinzioni: ad esempio è più verde l’elettrolisi generata con impianto eolico o fotovoltaico rispetto a quella prodotta con una centrale termoelettrica a biomasse. Quest’ultima, infatti, nonostante sia energia rinnovabile ha comunque un impatto ambientale.

Idrogeno grigio

L’idrogeno grigio è di gran lunga il più comune ed è prodotto attraverso un metodo denominato “steam reforming” o reazione di reforming con vapore. 

Lo scarto di questo processo contiene CO2. Secondo gli studi, con lo steam reforming vengono prodotti circa 9,3 kg di CO2 per ogni chilo di idrogeno prodotto.

Idrogeno blu

L’idrogeno blu viene prodotto con il metano, ma l’impianto viene accompagnato da un sistema di cattura e stoccaggio della CO2 (carbon capture and storage, CCS). 

I suoi propositori lo vedono come un passaggio necessario in attesa che le tecnologie permettano una transizione totale all’idrogeno verde. Tuttavia almeno il 10-20% della CO2 generata sfugge sempre ai sistemi di cattura e quindi l’idrogeno blu non può essere considerato una forma di energia pulita, ma a basse emissioni di carbonio.

La Commissione europea è fra gli organismi che ha inteso riconoscere ad esso, nell’ambito del programma di supporto all’idrogeno, un ruolo nella fase di transizione. 

Anche nel Regno Unito è stata compiuta una scelta simile nell’agosto 2021. Una decisione che è stata ampiamente criticata dal settore dell’idrogeno verde e che ha portato alle dimissioni del presidente dell’associazione dell’idrogeno britannica.

A cosa serve l'idrogeno verde?

A cosa serve l’idrogeno verde? Come combustibile pulito i suoi impieghi sono molteplici: dalle automobili, agli autobus, alla propulsione di razzi spaziali. Può essere alla base sia di batterie che di sistemi di combustione interna.

Le batterie ad idrogeno sono un’opportunità per convertire l’energia dell’idrogeno direttamente in elettricità. Possono essere utilizzate sia per la produzione di energia stazionaria o mobile.

Come combustibile l’idrogeno è meno interessante perché a contatto con l’aria produce ossido di nitrogeno, un gas inquinante. I motori non sono dunque considerati a zero emissioni e i veicoli non potrebbero circolare in zone della città in cui è permesso l’ingresso soltanto a veicoli puliti.

Idrogeno verde: vantaggi e svantaggi

Come ogni altra forma di energia, l’idrogeno verde ha vantaggi e svantaggi di cui è importante essere consapevoli. Gli aspetti positivi sono:

Gli aspetti negativi sono invece:

Idrogeno verde e decarbonizzazione

Il nostro stile di vita è sostenuto da grandi quantità di watt, che fra l’altro aumenta ogni anno. Secondo un report dell’Agenzia internazionale dell’energia (IEA) pubblicato a fine 2019, la domanda globale di energia crescerà dal 25% al 30% entro il 2040. 

In un’economia globale dipendente da fonti fossili, come carbone e petrolio, questo significa un incremento delle emissioni di gas serra e dei cambiamenti climatici.

L’elettrificazione è quindi uno dei passaggi fondamentali per raggiungere l’obiettivo di decarbonizzazione che si sono posti diversi governi ed entità sovranazionali, fra cui l’Unione europea. 

Quando l’elettrificazione non è possibile, l’opzione sarebbe di impiegare energie pulite come l’idrogeno verde. Questa tecnologia è tuttavia ancora a un livello embrionale, perché i costi di produzione sono ancora molto alti.

Cosa si intende per decarbonizzazione

In relazione all’idrogeno, per decarbonizzazione si intende il processo volto a ridurre o eliminare l’emissione di carbonio nella produzione di idrogeno.

L’obiettivo viene conseguito attraverso l’incremento della quota di idrogeno verde, quello prodotto attraverso fonti puliti.

La decarbonizzazione è anche un processo più ampio relativo all’intera economia in ottica di sostenibilità ambientale.

Il piano europeo per l'idrogeno verde

Come anticipato, l’Europa vuole incentivare la decarbonizzazione della produzione di H2, individuando soprattutto nell’idrogeno blu e verde due punti cardine del Green Deal. 

In un Q&A pubblicato nel luglio 2020, la Commissione ha precisato come la riduzione dei costi delle rinnovabili e gli sviluppi tecnologici stiano permettendo l’espansione dell’uso di idrogeno verde in settori dove è necessario rimpiazzare i combustibili fossili.

Nel luglio 2021, la presidente della Commissione Europea Ursula von der Leyen ha ribadito che l’UE punta a portare il costo dell’idrogeno verde sotto i 2 euro al chilogrammo entro il 2030.

Bruxelles ha distinto tre fasi per lo sviluppo dell’economia a idrogeno pulito.

Prima fase

Nella prima fase, dal 2020 al 2024, l’obiettivo è di decarbonizzare tutta la produzione di idrogeno esistente e promuovere nuove applicazioni. 

In questa fase dovranno essere installati in Europa almeno 6 Gigawatt di elettrolizzatori di idrogeno verde. Al momento la produzione si attesta a 1 Gigawatt.

Seconda fase

Nella seconda fase (2024-2030) l’idrogeno diventerà parte di un sistema energetico integrato. L’obiettivo sarà di installare entro il 2030 almeno 40 Gigawatt di elettrolizzatori di idrogeno verde e portare la produzione fino a 10 milioni di tonnellate. 

In questa fase l’uso di idrogeno verde sarà esteso a settori come la produzione di acciaio, trasporto pesante, ferrovie e alcuni segmenti del trasporto marittimo.

Terza fase

Dal 2030 al 2050 le tecnologie dell’idrogeno rinnovabile dovrebbero raggiungere la maturità, con un impiego su larga scala per la decarbonizzazione di tutti i settori dove l’impiego di altre energie alternative non è adatto o più costoso.

I benefici economici dell'idrogeno verde

Secondo l’UE l’investimento nell’idrogeno giocherà un ruolo cruciale nella ripresa dalla crisi dovuta alla pandemia di COVID-19. 

Il Recovery Plan della Commissione, infatti, evidenzia l’esigenza di sbloccare gli investimenti in catene virtuose e tecnologie pulite per favorire la crescita sostenibile.

Il comparto di ricerca europea sull’idrogeno è all’avanguardia ed è ben posizionato sulla prospettiva di uno sviluppo globale. 

Le stime sugli investimenti cumulativi nell’idrogeno verde entro il 2050 variano fra i 180-470 miliardi di euro, con un mercato del lavoro in espansione fino a 1 milione di occupati fra posti diretti e indiretti.

Secondo le stime citate da Bruxelles, l’idrogeno rinnovabile potrebbe coprire per il 2050 il 24% della domanda energetica globale, con vendite annuali nell’ordine dei 630 miliardi di euro.

Ad oggi, né l’idrogeno rinnovabile (verde) né quello prodotto attraverso fonti fossili con sistemi di cattura della CO2 (blu) sono in grado di competere con i costi di produzione dell’idrogeno generato con fonti fossili (grigio). 

I costi stimati dell’idrogeno verde variano fra i 2,5 e i 5,5 euro al chilogrammo, contro i 2 euro/kg dell’idrogeno blu e gli 1,5 euro/kg dell’idrogeno grigio.

Tuttavia i costi dell’idrogeno verde sono in rapido abbattimento. Nell’arco degli ultimi 10 anni i costi degli elettrolizzatori si sono ridotti del 60% ed entro il 2030 dovrebbero dimezzarsi. 

Il settore, insomma, promette interessanti sviluppi. Se vuoi aggiornarti sulle notizie riguardanti le fonti di energia alternativa, continua a seguire il nostro JOurnal.

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