Fino a oggi il passaggio all’economia green è stato frenato dagli alti costi di creazione di una versione verde dell’idrogeno, dai massicci investimenti nelle infrastrutture necessari per sfruttarlo e dai progressi nei sistemi di stoccaggio dell’energia, ma la situazione sta cambiando.
di James Temple
Il piano climatico del candidato alla presidenza degli Stati Uniti Joe Biden proponeinvestimenti nella ricerca per produrre una forma pulita di idrogeno che sia abbastanza economica da alimentare le centrali elettriche entro un decennio. Allo stesso modo, il Giappone, la Corea del Sud, l’Australia, la Nuova Zelanda e l’Unione Europea hanno tutti pubblicato delle tabelle di marcia che si basano sull’idrogeno per accelerare la riduzione dei gas serra nei settori dell’energia, dei trasporti o dell’industria.
Nel frattempo, un numero crescente di aziende in tutto il mondo sta costruendo impianti di idrogeno green sempre più grandi o sta esplorando il suo potenziale per la produzione di acciaio e carburante per aerei a emissioni zero o la creazione di una fonte di alimentazione di backup per server farm.
La ragione dell’interesse è ovvia: l’idrogeno, l’elemento più abbondante nell’universo, potrebbe alimentare i nostri veicoli e le nostre centrali elettriche e fornire riserve di energia rinnovabile senza pompare nell’atmosfera l’anidride carbonica che determina il cambiamento climatico o altri inquinanti (il suo unico sottoprodotto da automobili e camion è acqua).
Ma mentre i ricercatori hanno strombazzato per decenni la promessa di una “economia dell’idrogeno”, la realtà è che la domanda di combustibili fossili è stata a malapena intaccata e quasi tutto è ancora prodotto attraverso sistemi caratterizzati dall’inquinamento del carbonio.
Fino a oggi, l’avvento dell’economia dell’idrogeno è stato frenato dagli alti costi della sua versione pulita, dagli investimenti necessari per le infrastrutture e dai progressi delle alternative di stoccaggio dell’energia, come le batterie. Cosa è quindi che sta determinando questo rinnovato interesse?
Per prima cosa, l’economia sta cambiando rapidamente. Possiamo produrre idrogeno direttamente semplicemente scindendo l’acqua, in un processo noto come elettrolisi, ma finora è stato proibitivo in gran parte perché si consuma molta elettricità. Ora il prezzo dell’energia solare ed eolica sta progressivamente diminuendo e lo scenario diventa molto più credibile.
Allo stesso tempo, mentre sempre più nazioni fanno i conti su come raggiungere i loro obiettivi di emissioni nei prossimi decenni, una forma green di idrogeno sembra sempre più essenziale, afferma Joan Ogden, direttore del programma di percorsi energetici per il trasporto sostenibile presso l’Università di California, a Davis. È uno strumento flessibile che potrebbe aiutare a “ripulire” alcuni settori in cui non sono ancora disponibili soluzioni convenienti, come i trasporti aerei e marittimi, la produzione di fertilizzanti e lo stoccaggio di energia a lungo termine per la rete elettrica.
I costi delle rinnovabili sono in calo
A oggi, l’idrogeno pulito ha ancora dei costi troppo alti nella maggior parte delle situazioni. Un recente documento ha scoperto che fare affidamento sull’energia solare per far funzionare gli elettrolizzatori che scindono l’acqua ha prestazioni sei volte superiori a quella della produzione di gas di sintesi, nota come reforming del vapore del gas naturale.
Ci sono molti esperti di energia che sostengono che i costi aggiuntivi e le complessità della produzione, conservazione e utilizzo di una versione pulita significano che non si andrà mai oltre a un utilizzo marginale. Ma la buona notizia è che l’elettricità stessa rappresenta un’enorme quota dei costi – oltre il 60 per cento – e la spesa per le energie rinnovabili sta diminuendo rapidamente. Nel frattempo, si prevede che i costi degli elettrolizzatori stessi diminuiranno notevolmente man mano che aumenta la produzione e i vari gruppi di ricerca sviluppano versioni avanzate della tecnologia.
All’inizio dello scorso anno, un documento di “Nature Energy” ha indicato che se le tendenze del mercato si confermano nel tempo, l’idrogeno green potrebbe diventare economicamente competitivo entro un decennio. Allo stesso modo, l’International Energy Agency prevede che il costo dell’idrogeno pulito scenderà del 30 per cento entro il 2030.
L’idrogeno green potrebbe già essere accessibile in alcuni luoghi in cui la produzione di energia rinnovabile in eccesso riduce i costi dell’elettricità quasi a zero. In una loro nota del mese scorso, gli analisti di mercato di Morgan Stanley hanno scritto che la localizzazione di impianti di idrogeno pulito accanto ai principali parchi eolici nel Midwest degli Stati Uniti e in Texas potrebbe rendere competitivo il costo del carburante entro due anni.
Uno studio di giugno del National Renewable Energy Laboratory degli Stati Uniti ha rilevato che prima della metà del secolo la tecnologia dell’idrogeno potrebbe essere la più conveniente per lo stoccaggio di lunga durata sulla rete. Ma per fare in modo che le energie rinnovabili di natura intermittente come il solare e l’eolico diventino la fonte dominante di elettricità, le utility dovranno immagazzinare abbastanza energia per mantenere la rete funzionante in modo affidabile non solo per poche ore, ma per giorni e persino settimane durante determinati mesi quando tali risorse vengono meno.
L’idrogeno brilla in questo scenario rispetto ad altre tecnologie di stoccaggio, perché aggiungere capacità è relativamente economico, afferma Joshua Eichman, ingegnere responsabile della ricerca e coautore dello studio. Per aumentare la disponibilità di energia, è necessario impilare sempre più batterie, moltiplicando i costi. Con l’idrogeno, si deve solo costruire un serbatoio più grande o usare una caverna sotterranea più profonda, egli spiega.
Rivedere il sistema di distribuzione
Affinché l’idrogeno possa sostituire completamente i combustibili che emettono carbonio, dovremmo rivedere la nostra infrastruttura per distribuirlo, immagazzinarlo e utilizzarlo. Dovremmo produrre veicoli e navi con celle a combustibile che convertono l’idrogeno in elettricità, nonché stazioni di rifornimento lungo i porti e le strade. Inoltre, avremmo bisogno di impilare celle a combustibile o costruire o ammodernare centrali elettriche per utilizzare il combustibile per alimentare direttamente la rete.
Tutto ciò richiederà molto tempo e denaro. Ma c’è un altro scenario che rende superflua, o ritarda, gran parte di questa revisione dell’infrastruttura. E’ relativamente semplice combinare l’idrogeno con il monossido di carbonio per produrre versioni sintetiche dei combustibili che già alimentano le nostre auto, camion, navi e aerei. Il processo industriale per farlo è datato di un secolo ed è stato utilizzato in varie occasioni da nazioni a corto di petrolio per produrre combustibili dal carbone o dal gas naturale.
Carbon Engineering, con sede a Squamish, nella provincia canadese della British Columbia, sta sviluppando strutture che catturano l’anidride carbonica dall’aria. L’azienda prevede di combinarla con l’idrogeno privo di carbonio per produrre combustibili sintetici. L’idea è che il carburante sarà a emissioni zero, non emettendo più anidride carbonica di quella rimossa o prodotta durante il processo.
Alla fine dell’anno scorso, in una presentazione a una conferenza del Codex, David Keith, il professore di fisica di Harvard che ha fondato Carbon Engineering, ha affermato che il calo dei prezzi del solare dovrebbe consentire loro di trasformare l’aria inquinata in benzina a 1 dollaro al litro per la metà degli anni 2020, e con il prezzo in costante discesa.
“La buona notizia è che”, ha continuato Keith, “si potrebbe arrivare appena dopo il 2030 a un milione di barili al giorno di capacità di idrocarburi sintetici aria-carburante, senza problemi evidenti di sviluppi su larga scala”.
In effetti, il processo fornisce un modo per convertire l’energia solare “intermittente” in combustibili immagazzinabili in modo permanente. “Si tratta di un percorso virtuoso per risolvere il problema delle conservazione dell’energia in modo da permettere, per esempio, agli aerei di attraversare l’Oceano Atlantico”, ha concluso Keith.
foto: H2FUTURE, l’impianto di idrogeno pulito di Voestalpine, in Austria. Per gentile concessione di Voestalpine
