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Il paradosso dell’idrogeno verde: frena la decarbonizzazione

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idrogeno verde

L’idrogeno verde torna in auge un pò in tutta Europa. Anche l’Italia l’ha inserito nel suo PNRR, stanziando 3,2 miliardi per la ricerca, la sperimentazione, la produzione e l’utilizzo come vettore energetico. Ma ci sono problemi tecnici ed economici che rendono troppo ambizioso l’obiettivo di breve termine (2030). Lo sostengono due ricercatori italiani dell’Isfor-CNR di Bologna, Nicola Armaroli e Andrea Barbieri, in un articolo pubblicato poche settimane fa sulla rivista internazionale Nature. Ne riportiamo alcuni stralci.

«L’idrogeno molecolare è attualmente prodotto su larga scala, ma utilizzato principalmente per la sintesi dell’ammoniaca necessaria per i fertilizzanti, nei processi di raffinazione del petrolio e per la sintesi del metanolo. È derivato dal gas naturale, e l’energia necessaria per produrlo proviene dai combustibili fossili. Questo idrogeno è chiamato grigio o marrone. Ricercatori, aziende e governi si stanno ora concentrando sull’unica opzione che porta a zero emissioni di CO2, cioè l‘idrogeno verde. In questo caso la materia prima è l’acqua dolce, che viene scissa in idrogeno e ossigeno per mezzo di elettrolizzatori alimentati da elettricità ottenuta da fonti rinnovabili. Attualmente, il prezzo dell’idrogeno verde è almeno tre volte più alto della sua controparte grigia, e la tecnologia degli elettrolizzatori non è sufficientemente sviluppata per produrre milioni di tonnellate di H2 l’anno.

Il caso Italia: come produrre idrogeno verde per 1,6 milioni di tonnellete?

Si prevede che l’idrogeno verde diventerà competitivo sul mercato in circa un decennio, ma anche in questo scenario è importante valutare quanta elettricità, superfici e acqua richiede. Qui ci concentriamo sull’Italia e, per semplicità, assumiamo che l’energia per produrre idrogeno verde provenga solo dal fotovoltaico (PV), la tecnologia rinnovabile predominante».

I due studiosi partono dall’attuale fabbisogno di idrogeno, che in Italia è oggi solamente “grigio”. Ammonta, per gli impieghi citati, a 480 mila tonnellate annue.

Volendolo utilizzare nella siderurgia al posto del carbone, ne servirebbero altre 300 mila tonnellate. E altre 850 mila tonnellate sarebbero necessarie per coprire il 2% degli usi finali di energia entro il 2030 (e il 20% entro il 2050) comprendendo trasporti e riscaldamento.

Servirebbero quindi 1,6 milioni di tonnellate di idrogeno verde, per produrre il quale sarebbe necessario disporre di 85 Terawattora (TWh) all’anno di  elettricità, corrispondenti a circa il 30% della produzione italiana nel 2019. Per generarlo esclusivamente da fotovoltaico occorrerebbe installare 75 GW (e oltre 10 GW di capacità di elettrolizzatori), insieme a un’adeguata capacità di stoccaggio. 

«Il fabbisogno di superficie di 600-750 km2 (quasi il doppio della superficie del lago di Garda) non sarebbe di per sé un problema _ continuano i due ricercatori _. Corrisponde a meno dell’1% dei terreni inutilizzati o abbandonati in Italia. Anche il consumo di acqua dolce non sarebbe un fattore limitante. I quasi 30 milioni di metri cubi necessari corrispondono allo 0,4% dell’uso totale di acqua industriale in Italia.

Impresa impossibile: raddoppiare in nove anni la quota di rinnovabili

Il vero problema è il tasso di diffusione dell’elettricità rinnovabile. Nel decennio 2006-2016, sono stati installati in Italia quasi 20 GW di fotovoltaico. Con un record di circa 7 GW nel 2011 (vedi figura qui sotto). Quindi, l’aggiunta di ulteriori 75 GW in meno di 10 anni è un’impresa enorme che richiederebbe un forte impegno politico. Inoltre, i tre usi dell’idrogeno di cui sopra richiederebbero per l’Italia quasi 11 GW di capacità di elettrolizzatori entro il 2030. Considerando che 40 GW è l’obiettivo per l’intera UE entro il 2030, la prospettiva appare molto ottimistica».

Serie temporale della capacità di generazione elettrica installata da fonti rinnovabili selezionate (sinistra) e il loro tasso di installazione (destra) in Italia. Il picco di circa 1 e 7 GW/a, rispettivamente per l’eolico e il solare fotovoltaico, è stato toccato intorno al 2010-11.

«Nel frattempo, a prescindere da qualsiasi piano per l’idrogeno verde, è necessario un aumento sostanziale della produzione di elettricità rinnovabile per decarbonizzare il sistema elettrico italiano, ora fortemente basato sul gas naturale. L’attuale quota di produzione elettrica rinnovabile in Italia (circa il 40%, 120 TWh/a) deve essere aumentata a circa il 70% (cioè oltre 200 TWh/a) entro il 2030 per raggiungere gli obiettivi dell’UE. È interessante notare che questo significa generare almeno 80 TWh/a di elettricità verde, cioè una quantità paragonabile a quella calcolata per i tre obiettivi dell’idrogeno verde discussi sopra. La somma complessiva, 165 TWh/a, è più del 50% dell’attuale consumo nazionale di elettricità e non è oggettivamente realistico generare ex-novo una produzione così grande in meno di un decennio».

Decarbonizzazione a un bivio: idrogeno o elettrificazione?

«L’idrogeno, in altre parole, pone un dilemma per il futuro del sistema energetico, in Italia e in altri paesi. Finché non avremo grandi surplus di elettricità rinnovabile, cosa che difficilmente avverrà prima del 2030, usare l’elettricità per produrre idrogeno e poi utilizzarlo per alimentare le auto o riscaldare gli edifici è in netto contrasto con l’obiettivo di aumentare l’efficienza energetica dell’UE del 32,5% entro il 2030. Sono già disponibili tecnologie elettriche dirette più mature ed efficienti, come i veicoli a batteria e le pompe di calore».

In conclusione, sostengono Armaroli e Barbieri, è arrivato il momento – non solo per l’Italia ma per tutta l’Unione Europea – di prendere decisioni politiche sulle priorità. Insomma «si deve fare una scelta chiara tra puntare principalmente sull’elettrificazione diretta o sulla produzione di idrogeno».

LEGGI ANCHE: Il Polimi fa chiarezza sull’idrogeno: a chi e quanto ne serve 

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23 COMMENTI

  1. Concordo con l’articolo, l’idrogeno verde, con la sua scarsa efficienza energetica è un cattivo uso delle rinnovabili che nel breve/medio termine sono limitate come produzione.
    Credo non abbia senso puntare dell’idrogeno verde prima di aver portato al 100% la quota di rinnovabili nel mix energetico di produzione dell’energia elettrica. Solo quando ci sarà energia elettrica rinnovabile in eccesso avrà senso utilizzarla per produrre idrogeno verde.

  2. NON CONDIVIDO PARTE DELL’ARTICOLO
    Vabbé non sono uno scenziato ma così come è esposto sa da ricercatore piuttosto che da pragmatico programma di realizzazione.
    In primis i dati citati sono relativi perché se ho in Italia suolo inutilizzato non significa che sia utile all’installazione di impianti di elettrolizzazione. In secundis….
    se non partiamo facendoli con piani strutturati non metteremo mai in piedi nulla.
    Sicuramente quando Elon è partito con le auto elettriche 99 investitori su 100 lo hanno considerato un pazzo .. o un demente … o uno che stava facendo un buco nell’acqua per i costi di realizzazione che invece oggi sono come da lui stimati molto più bassi.
    A proposito di acqua.
    Vi faccio un esempio:
    Veneto: risorse idriche importanti (senza andare a toccare le coste turistiche). Andiamo a creare un parco fotovoltaico vicino ad un fiume e dei bacini con degli elettrolizzatori.
    Chiunque mastichi un pò in merito all’idrogeno vi dirà che lo spreco stà nell’utilizzarlo per il riscaldamento delle abitazioni ma non nell’autotrazione.
    Detto fatto…
    Al complesso si allaccia un impianto di rifornimento autobus e autotrazione dove le macchine vengono ricaricate durante il giorno in sosta. Il limite sta nello spostamento in quanto le materie prime le abbiamo già ma bisogna convertire il trasporto pubblico e poi anche la trazione pesante come i furgoni e i camion a breve percorrenza.
    Difficile con i consorzi di bonifica che abbiamo in Italia?
    Sicuramente si visto che sono dei ricettacoli di incompententi votati al posto fisso e posizionati dalla politica per non fare nulla o per creare lavori che non servono nella maggior parte dei casi.
    L’unico grosso problema sarebbe acquisire i terreni agricoli per posizionare il fotovoltaico ma non credo che l’agricoltura estensiva oggi in Italia produca un reddito così appagante da rifiutare un’offerta a valore di mercato. Il costo delle opere sarebbe facilmente ripagato dai consorzi stessi e dalla popolazione locale che ne trarrebbe forti benefici.
    Considerati come vanno i progetti in Italia se fossero già in partenza avremmo l’idrogeno fra 10 anni visto che qui per fare un’opera ci vogliono tempi biblici (guardate il Mose… mi vien da piangere).
    Tutto quello scritto sopra è traducibile in un progetto reale.
    Peccato che il consorzio in questione abbia pensato a rifarsi il look piuttosto che investire sul futuro (non vi faccio i nomi e i cognomi)
    Cingolani??? dove sei??
    ahhh sììì… sei a Piazza Pulita bello tirato col fondotinta per raccontare che la casalinga di Pozzuoli non saprebbe mai a quanti bar va stoccato l’idrogeno…. dunque è meglio se lasciamo perdere.
    Spero di non essere stato troppo polemico.
    Comunque BLA BLA BLA !!!

  3. Qualcuno mi spiega cosa c’entra il titolo dell’articolo con il contenuto? Come fa a rallentare la decarbonizzazione? Ok che richiede surplus di rinnovabili molto importante ma appunto per questo é un ulteriore spinta alla decarbonizzazione. E poi alcuni usi finali come quelli feedstock o industriali ad alta temperatura o ancora i trasporti pesanti non sono elettrificabili quindi senza idrogeno non saranno decarbonizzati.
    La verità é che non esiste la soluzione per tutto, l’elettrico ha molto senso e sarà il futuro ma pretendere che sia l’unica e sola soluzione é miope e riduttivo.

    • L’articolo sostiene che, in prospettiva 2030, i risultati migliori li dà un impiego diretto dell’energia elettrica prodotta da nuova capacità di fonti rinnovabili. Infatti, le tecnologie per l’elettrificazione spinta di trasporti e usi domestici sono già disponibili, mentre per l’idrogeno verde bisognerà attendere il prossimo decennio. Perciò insistere da subito sull’opzione idrogeno con una tecnologia ancora immatura, rallenta il processo di decarbonizzazione. Mi sembra chiaro, no?

      • Anche le tecnologie ad idrogeno sono disponibiline soprattutto vanno molto bene su applicazioni che l’elettrico non copre per ragioni sia tecniche che economiche.

        • Oggi la disponibilità è di idrogeno grigio, che viene prodotto da fonti fossili ed emette grandi quantità di CO2. Non sono disponibili su larga scala, invece, le tecnologie dell’idrogeno verde a zero emissioni. L’articolo lo spiega molto bene.

          • Non è corretto, le tecnologie sono disponibili ma vanno sostenute proprio come si è fatto 20 anni fa con le rinnovabili. Altrimenti non decarbonizziamo il trasporto pesante, non riusciremo a rimpiazzare il gray H2 con il green ne tantomeno a decarbonizzare l’industria hard to abate.

          • Guardi, lo dica ai due scienziati che hanno scritto l’articolo. Io mi sono limitato a riportarlo

  4. Poi vedendo cosa accade nella mia zona con le relative deroghe ambientali, alla fine scopriremo che l’idrogeno sarà verde solo nel nome e che con deroghe momentanee o perpetue lo si produrrà dai fossili.

    Ricordiamoci che siamo in italia, dove il controllo delle autorità competenti viene anticipato da una telefonata che permette alle aziende di rimettere i filtri di legge al loro posto.

  5. D’accordo o pure no io resto sempre con un dubbio, noi tutti sappiamo il ciclo del acqua, di fatti in milioni di anni non è ancora finita, ma se preleviamo mari per scindere e produrre idrogeno e ossigeno, poi come si fa a ripristinare la nostra amata acqua, perché è vero che la combustione del idrogeno produce acqua ma nella stessa quantità prelevata 🤔🤔

      • Questo lo so, il mio dubbio da profano, trasformò acqua in ossigeno e idrogeno quindi vado a sottrarla dal ecosistema, ma quando brucio idrogeno vado a ripristinarla al 100% era solo questo il mio dubbio.

  6. I costi di esternalizzazione degli idrocarburi fossili, li paga la comunità,
    li paghiamo indirettamente tutti!
    Oggi sono poco calcolati e considerati.
    Se fossero fatti pagare dalle società che producono energia con il petrolio, le rinnovabili sarebbero più convenienti, il mercato le apprezzerebbe.
    Con economia di scala, ricerca e nuove tecnologie si abbatteranno costi.

  7. c.v.d. l’argomento idrogeno verde, meglio, idrogeno in generale, serve solo a rallentare la transizione enrgetica, continuando a prolungare la vita dei motori termici.

    • Ma infatti è questo lo scopo dell’utilizzo di idrogeno, continuare ad alimentare sistemi e motori termici per poter rimandare ad un futuro prossimo l’adozione di sistemi più ecologici ed ecosostenibili.
      Però mi chiedo.. piuttosto che sprecare energia elettrica per produrre idrogeno, perché non impiegarla direttamente? alla fine ogni passaggio che si aggiunge alla filiera ne riduce il rendimento e l’efficienza, in parole povere si spreca di più!

        • Trasformare l’energia elettrica in idrogeno e poi rigirarlo in elettrica è una follia che sottrae i 2/3 della resa.

          Poi dover creare una rete di idrogeno simile al metano, oppure un giro di autobotti è pura follia.

          Abbiamo già la rete elettrica….sia matti, tonti o corrotti?

          • Con molta sintesi il sig. Daniele ha messo in evidenza il problema maggiore, anche se non l’unico, dell’energia ricavata da fonti rinnovabili e cioè lo stoccaggio della stessa. Le eoliche dipendono dal vento, le solari dal sole e le idriche dalla pioggia. Tutti eventi incostanti e poco prevedibili con precisione. Queste fonti hanno lo stesso problema, quando abbondano vanno sprecate e quando scarseggiano non riescono a sopperire alla richiesta. Queste risorse hanno un senso se immesse in un sistema modulare di produzione energetica a livello territoriale dove ci sia un plafond sicuro di erogazione. Nel breve e medio periodo credo sia impensabile avere una produzione “verde” di elettricità senza far ricorso ai metodi attualmente prevalenti. L’idrogeno dalla sua ha il vantaggio di poter essere stoccato abbastanza facilmente e quindi potrebbe avere un significato sviluppare questa tecnologia. Un’altra strada, e qui si solleveranno mille obiezioni, è quella del nucleare che comunque volenti o nolenti, e magari non direttamente, verrà presto o tardi percorsa. La “fame” di energia è troppo grande per non poter sfruttare le fonti disponibili. Pensiamo solo a quando anche tutto il continente africano necessiterà di energia al livello dell’Europa cosa potrà accadere? Riempiranno il Sahara di pannelli solari e pale eoliche?

          • Aggiungo……. su una automobile come la immagazzino l’energia ? Un buon modo è con l’idrogeno. Non è che l’elettricità arriva sull’automobile per magia! Ed anche il processo di caricare una batteria per scaricarla poi non è efficente al 100 % e comporta delle perdite.

      • Con l’idrogeno si va a corrente alimentando delle cella a combustibile (Toyota Mirai) non necessariamente con un termico alimentato ad idrogeno. CHe è vero con non emette co2, ma gli altri inquinanti li emette.
        Le celle a combustibile invece emettono solo h2o

        • Si ma con uno dispendio assurdo, produco idrogeno con elettricità, porto idrogeno ai distributori, in fine mi reco con l’auto a fare carburante per poi convertirlo in elettricità, a me tutto questo non torna in termini di efficienza, carico Eletticista in auto su buon accumulo, e la utilizzo, penso che questa sia la vita più breve e sostenibile, ora investire su questo non lo trovo tanto sensato.
          Mentre usare idrogeno come batterie potrebbe valere la pena si grossi impianti fotovoltaici, e così si risparmia litio e affini.
          E l’energia elettrica poi viene erogata con la conversazione ma senza nessun trasporto mi sembra più percorribile.

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