Idrogeno Verde: Svolta Importante o Greenwashing?
L’idrogeno verde è davvero la soluzione miracolosa che ci salverà dalla crisi energetica? Scopri le prospettive realistiche di questa tecnologia, i suoi pro e contro, e i principali utilizzi in questo articolo.
In questo articolo scopriremo cos’è l’idrogeno verde, come si produce e quali sono i suoi pro e contro.
Vedremo la differenza tra idrogeno verde, blu e grigio, analizzando vantaggi e svantaggi di ciascuna tipologia.
Parleremo della produzione di idrogeno verde, delle tecnologie utilizzate e delle sue applicazioni reali.
Ci soffermeremo sugli utilizzi dell’idrogeno, dalle caldaie a idrogeno verde fino al suo impiego nei settori hard-to-abate come la siderurgia.
L’idrogeno verde è davvero una rivoluzione o è una tecnologia sopravvalutata? Scopriamolo insieme.
Indice
PUNTI CHIAVE
L’idrogeno verde è una soluzione promettente per la decarbonizzazione, ma la sua produzione è costosa e richiede enormi quantità di energia rinnovabile.
Il suo utilizzo è più efficace in settori hard-to-abate, mentre per il riscaldamento domestico e il trasporto leggero risulta inefficiente rispetto ad alternative già esistenti, come pompe di calore e auto elettriche.
Sebbene siano in costruzione grandi impianti di produzione di idrogeno verde, restano ancora molte sfide legate allo stoccaggio, alla distribuzione e ai costi elevati.
Idrogeno Verde: Cos’è
Per comprendere appieno cos’è l’idrogeno verde, occorre fare una breve premessa sull’idrogeno in generale. L’idrogeno (simbolo H) è il primo elemento della tavola periodica degli elementi, il più leggero, e il più abbondante nell’universo.
L’idrogeno possiede un’altissima densità energetica: 1 kg di idrogeno contiene ben 120 megajoule. Nell’universo, svolge un ruolo essenziale nel fornire energia attraverso la fusione nucleare.
Nella sua forma molecolare semplice (H2) esso è quasi assente sulla Terra. Si tratta di un elemento, per così dire, socievole, in quanto tende a legarsi ad altri elementi. Ad esempio, lo troviamo nell’acqua (H2O), nei combustibili fossili (come il metano, CH4) e in tutti i composti organici.
La tendenza dell’idrogeno a legarsi ad altri elementi rappresenta un problema nel momento in cui vogliamo produrre energia da idrogeno. Infatti, per poterlo fare, è necessaria la forma semplice H2. Per ottenerla, occorre separarla dai composti in cui si trova, un’operazione che richiede molta energia.
Come Si Produce l’Idrogeno Verde
Come avviene oggi la produzione dell’idrogeno (verde, o meno)? Attualmente, purtroppo, più del 95% dell’idrogeno viene estratto dal metano, un combustibile fossile (oltre che uno dei gas serra più climalteranti).
L’idrogeno prodotto in questo modo viene denominato idrogeno grigio. Produrre idrogeno grigio genera grandi quantità di CO2. Pensate: produrre idrogeno grigio genera in un anno quasi la stessa quantità di gas serra emessi dall’aviazione a livello globale.
Come si produce, quindi, l’idrogeno verde? La produzione dell’idrogeno verde parte da quella sostanza da cui deriva il nome stesso dell’idrogeno: l’acqua.
Attraverso un processo di elettrolisi, l’idrogeno contenuto nell’acqua viene separato dall’ossigeno utilizzando elettricità. Questo processo avviene nei cosiddetti elettrolizzatori. Affinché sia realmente “verde”, l’energia impiegata deve provenire esclusivamente da fonti rinnovabili, come il fotovoltaico o l’eolico.
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Differenza Tra Idrogeno Grigio, Blu, e Verde
Non tutto l’idrogeno è verde. A seconda del processo in cui viene prodotto, si può parlare di idrogeno grigio, blu, verde e altri colori. Vediamo le principali differenze:
- Idrogeno grigio: idrogeno prodotto utilizzando energia proveniente da fonti fossili (metano in particolare), con produzione di CO2.
- Idrogeno blu: idrogeno prodotto utilizzando energia proveniente da fonti fossili, in cui la CO2 prodotta viene catturata e stoccata (tecnologia CCS, cattura e stoccaggio del carbonio).
- Idrogeno verde: idrogeno prodotto per elettrolisi dell’acqua, utilizzando energia proveniente da fonti energetiche rinnovabili (idrogeno verde da fotovoltaico o da eolico). In questo modo, non si producono gas climalteranti.
Questi sono i principali “colori” dell’idrogeno. Per completezza, esiste anche l’idrogeno viola, quando per produrlo si utilizza l’elettrolisi alimentata dall’energia nucleare; l’idrogeno marrone, se si utilizza il carbone; l’idrogeno giallo, se per alimentare l’elettrolisi si utilizza l’energia elettrica della rete; infine, l’idrogeno turchese, prodotto attraverso il processo di pirolisi utilizzando il gas metano.
Stoccaggio Idrogeno Verde
Un’altra grande sfida è rappresentata dallo stoccaggio dell’idrogeno. Esso è un gas leggerissimo, e quindi occupa molto spazio (1 kg di idrogeno a pressione atmosferica occupa 11 metri cubi), per cui la sua densità energetica per volume è molto bassa. Le opzioni di stoccaggio principali sono, a oggi:
- Compressione ad alta pressione (350-700 bar). Per farlo, occorre una grande quantità di energia, e dei serbatoi speciali.
- Liquefazione a -253°. Anche questa soluzione ha costi energetici elevatissimi.
- Stoccaggio in altri materiali solidi. Questa soluzione è ancora in fase di sperimentazione.
Questi limiti ci fanno capire che attualmente è ancora molto complicato utilizzare l’idrogeno su larga scala, sia per le difficoltà tecniche che per i costi elevati che lo rendono poco competitivo.
Idrogeno Verde: Pro e Contro
L’idrogeno verde presenta molti vantaggi nel suo utilizzo, ma anche diversi svantaggi. Le tecnologie per poter sfruttare l’idrogeno appieno sono ancora in fase di sviluppo, quindi dobbiamo avere ancora pazienza. Di seguito, elenchiamo i principali pro e contro dell’idrogeno verde.
Vantaggi Idrogeno Verde
Ecco i principali vantaggi dell’idrogeno verde:
- Produrre idrogeno verde non emette CO2. È quindi una soluzione importante per la decarbonizzazione e per raggiungere gli obiettivi Net Zero.
- L’idrogeno verde è un vettore energetico. Esso permette di immagazzinare l’energia prodotta da fonti rinnovabili intermittenti come il fotovoltaico e l’eolico.
Svantaggi Idrogeno Verde
Ecco i principali svantaggi dell’idrogeno verde:
- Produrre idrogeno verde è molto caro. Serve infatti moltissima energia rinnovabile, e costa più del triplo rispetto all’idrogeno grigio prodotto con il metano.
- L’idrogeno è difficile da trasportare. Pensare di costruire una rete di distribuzione dell’idrogeno con degli idrogenodotti comporta un problema non da poco. Infatti, l’idrogeno, ha una particolare predisposizione ad inserirsi nella struttura del metallo da cui viene trasportato (fenomeno della fragilità da idrogeno). Occorrerebbero degli acciai speciali, come gli acciai inossidabili austenitici, o gli acciai ad alta purezza, con dei costi estremamente proibitivi. Per questo viene, ad oggi, utilizzato prevalentemente in loco.
Insomma, l’idrogeno verde potrà rappresentare in futuro una interessante soluzione di decarbonizzazione per certi tipi di aziende. Nel frattempo, un calcolo della carbon footprint aziendale può aiutarti a definire le azioni più efficaci in un piano di decarbonizzazione.
Holland Hydrogen I – Il più grande impianto di idrogeno verde in Europa, in costruzione a Rotterdam, con una capacità di 200 MW per la produzione di idrogeno rinnovabile.
Possibili Utilizzi dell’Idrogeno
Esistono diversi possibili impieghi dell’idrogeno, ciascuno con le proprie potenzialità e problematicità. Vediamo i principali:
Utilizzo dell’idrogeno nei settori hard-to-abate
Questo settore è uno di quelli più promettenti: è possibile, infatti, utilizzare nei processi di riduzione del minerale di ferro nelle acciaierie. Si tratta della reazione in cui si scinde il ferro dall’ossigeno nei minerali di ferro per ottenere ferro puro.
Attualmente, questo avviene negli altoforni usando carbone. L’idrogeno ha la potenzialità di sostituire il carbone come agente riducente, solo che invece che produrre CO2, esso produce acqua. Un esempio di questo impiego sarà la prima acciaieria “green” costruita a Boden, in Svezia.
Utilizzo dell’idrogeno per produrre energia elettrica
Avviene grazie alle cosiddette celle a combustibile, dei dispositivi ad alta tecnologia che convertono l’energia chimica contenuta nell’idrogeno in energia elettricità. Nonostante il nome suggerisca il contrario, questo processo avviene senza combustione. Questo dispositivo separa i protoni e gli elettroni dell’idrogeno, genera elettricità, e produce acqua come scarto. Hanno una buona efficienza.
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Combustione Idrogeno: Ha Senso?
Abbiamo visto quanto sia costoso produrre idrogeno, in modo particolare l’idrogeno verde. È possibile miscelare l’idrogeno con il metano e ridurre in parte le emissioni di CO2 quando avviene la combustione.
Le caldaie a idrogeno per il riscaldamento domestico si basano su questo principio. Esse bruciano infatti un mix di idrogeno e metano per generare calore (con circa il 20% di idrogeno).
Tuttavia, molti esperti sollevano dei dubbi su questo utilizzo dell’idrogeno. Infatti, non solo vengono prodotte emissioni di ossidi di azoto, un inquinante, ma esiste già un sistema molto più efficiente per il riscaldamento domestico. Si tratta delle pompe di calore.
I Limiti Dell’Idrogeno
Teniamo presente che l’idrogeno e le tecnologie che lo riguardano sono tuttora in una fase di sviluppo e di crescita. Per questo, non esistono ancora delle soluzioni ottimali, e le sfide da superare sono ancora molte.
Inoltre, non dimentichiamo che per poter disporre di idrogeno verde in quantità, è necessario avere un surplus di energia rinnovabile, che al momento, purtroppo, non abbiamo. Occorre quindi innanzitutto lavorare in questo senso, aumentando significativamente le rinnovabili, in particolare il fotovoltaico. Per fare questo, occorrono molti sforzi, anche dal punto di vista delle scelte politiche.
Settori in cui Utilizzare l’Idrogeno
Abbiamo visto che l’idrogeno può venir impiegato in diversi modi. Questi impieghi possono adattarsi a diversi settori, ma non per tutti è chiaro quanto sia conveniente farlo. Vediamo i principali di cui si discute oggi.
Trasporto Leggero: Auto a Idrogeno
Le auto ad idrogeno funzionano con la già citata cella a combustibile. Questo significa che non avviene combustione alcuna, ma una reazione elettrochimica in cui l’idrogeno viene convertito in energia elettrica.
Nonostante alcuni credano molto in questa tecnologia per far funzionare le auto (come il Giappone, primo paese ad aver avviato una produzione su larga scala di auto ad idrogeno), essa presenta alcuni problemi. Molti sostengono che le automobili a idrogeno non possano competere con le auto elettriche, poiché queste ultime sono molto più efficienti.
Infatti, su 100 unità di energia elettrica che io uso per ricaricare la batteria dell’auto elettrica, 77 arrivano a far girare le ruote dell’auto. Nel caso della macchina a idrogeno, invece, su 100 unità di energia che io utilizzo per produrre l’idrogeno, solamente 30 arrivano a far girare le ruote.
Perché l’auto a idrogeno ha un’efficienza bassa?
Perché ci sono due conversioni. La prima, quando utilizzo l’energia rinnovabile per scindere l’acqua e produrre l’idrogeno negli elettrolizzatori. La seconda, quando questo idrogeno viene scisso nuovamente nella cella a combustibile per produrre energia elettrica. Inoltre, per entrare nel serbatoio dell’auto, l’idrogeno deve essere compresso a 700 atmosfere, e anche questo ha un elevato costo energetico.
Infine, c’è il problema della distribuzione: infatti, la rete elettrica esiste già, ed è capillare; la rete di distribuzione dell’idrogeno non c’è, e per costruirla occorrerebbero risorse enormi.
Trasporto Pesante: Camion, Autobus, Navi a Idrogeno
Le prospettive per il trasporto pesante, quindi mezzi come camion, autobus e navi a idrogeno sono più interessanti rispetto al trasporto leggero. La tecnologia è sempre quella della cella a combustibile, ma si evita il problema della rete di distribuzione. Vediamo perché.
La mobilità di questo tipo di mezzi è diversa rispetto alla mobilità individuale rappresentata dalle automobili. Generalmente, camion e autobus seguono dei percorsi definiti. È quindi possibile pensare di produrre l’idrogeno verde in dei grossi centri localizzati. Costruendo questi centri in prossimità dei mezzi pesanti (in un porto, vicino al parcheggio degli autobus, ecc.) si può distribuirlo localmente.
In questo modo, non si rende necessaria la costruzione di una rete di distribuzione dell’idrogeno, e i problemi che ne derivano.
Industria Pesante: Settore Metallurgico e Chimico
L’idrogeno verde può essere utilizzato in alcuni processi nell’industria pesante, come l’industria metallurgica, siderurgica e chimica. Abbiamo già visto l’utilizzo nella riduzione diretta del minerale di ferro, in cui l’idrogeno può sostituire il carbone o il gas naturale, emettendo vapore acqueo al posto della CO2.
L’idrogeno viene anche usato per la riduzione di ossidi metallici nella produzione di semiconduttori; l’idrogeno viene utilizzato molto nel settore chimico, ad esempio nella sintesi dell’ammoniaca, nei processi di idrodesolforazione dei carburanti fossili e nella produzione di metanolo.
Per avere una riduzione degli impatti, occorre sostituire l’idrogeno grigio utilizzato in questi processi con idrogeno verde. Solo in questo caso esso contribuisce realmente alla decarbonizzazione.
Fukushima Hydrogen Energy Research Field (FH2R) – Il più grande impianto operativo di idrogeno verde in Giappone, con una capacità di 10 MW, alimentato da energia solare per produrre idrogeno senza emissioni.
Verso il Futuro: i Nuovi Impianti di Produzione di Idrogeno Verde
Passiamo ora in rassegna alcuni tra i più importanti impianti di produzione di idrogeno verde a livello globale.
Fukushima: il Più Grande Impianto al Mondo per Idrogeno Verde (Finora)
Il governo del Giappone è conosciuto ormai per le sue politiche pro-idrogeno. Quasi a livello simbolico, ha deciso di costruire il più grande impianto al mondo di produzione di idrogeno verde sul luogo in cui si verificò il terremoto nel 2011, e il conseguente incidente nucleare.
Fukushima Hydrogen Energy Research Field (FH2R) è stato completato nel 2020. Ben 18 ettari di pannelli fotovoltaici alimentano gli elettrolizzatori di questo impianto (con una capacità di elettrolisi di 10 MW), la cui capacità produttiva è di 1200 metri cubi di idrogeno verde all’ora.
Il Giappone ha dichiarato di voler raggiungere l’obiettivo Net Zero entro il 2050, e afferma che questo progetto è un tassello che contribuisce al suo raggiungimento. Occorre però essere realistici, e non farsi illudere dagli slogan politici.
Lasciamo che siano i numeri a parlare: attualmente, la produzione dell’impianto di Fukushima è una frazione minuscola del mix energetico giapponese. L’obiettivo attuale è quello di raggiungere l’1% di idrogeno nel mix energetico nazionale entro il 2030, con una produzione di 3 milioni di tonnellate all’anno di idrogeno. Entro il 2050, i giapponesi vogliono raggiungere i 20 milioni di tonnellate.
Attualmente quello di Fukushima è il più grande impianto operativo al mondo. Tuttavia, ci sono dei progetti in fase di sviluppo di dimensioni enormemente maggiori.
Holland Hydrogen I: il Colossale Impianto di Rotterdam
Si parla ormai da anni della costruzione di un impianto di produzione di idrogeno verde nel porto di Rotterdam, nei Paesi Bassi. Il progetto è promosso dal colosso petrolifero Shell, e i lavori dovrebbero iniziare nel 2025.
In questo caso, l’energia elettrica per alimentare l’elettrolisi proverrà da un parco eolico offshore, che garantirà una capacità di ben 200 MW (venti volte più alta rispetto all’impianto di Fukushima). Sarà in grado di produrre 60.000 kg di idrogeno verde al giorno.
L’idrogeno verde prodotto da HH1 verrà utilizzato primariamente per decarbonizzare i processi industriali. Sostituirà l’idrogeno grigio utilizzato nelle raffinerie della Shell. Inoltre, è in atto la costruzione di un’importante idrogenodotto, che in futuro verrà collegato alla rete nazionale e internazionale.
Produzione Idrogeno Verde in Italia: le Hydrogen Valley
In Italia, la produzione di idrogeno verde è al centro del progetto delle cosiddette Hydrogen Valley (Valli dell’Idrogeno). Il progetto consiste nella creazione di distretti di produzione di idrogeno verde in 52 aree, spesso localizzate in siti industriali dismessi.
Questo progetto è finanziato dal PNRR, che ha stanziato circa 500 milioni di euro per la sua realizzazione. Particolare attenzione è riservata al Sud Italia, in cui sono previsti 28 progetti.
A che punto siamo? Attualmente, l’Italia mira a realizzare 12 distretti di produzione di idrogeno verde entro il 30 giugno 2026, con capacità di almeno 1-5 MW ciascuno. Si tratta quindi di impianti molto più piccoli rispetto a quello olandese.
Leggi anche: Efficientamento energetico 2030
Conclusioni
L’idrogeno verde è una tecnologia promettente ma ancora in fase di sviluppo: i costi elevati, le sfide di stoccaggio e trasporto e la disponibilità limitata di energia rinnovabile ne limitano oggi l’adozione su larga scala. I settori più promettenti sono l’industria pesante e il trasporto pesante, mentre per il trasporto leggero le auto elettriche rimangono la scelta più efficiente. Nell’attesa che le tecnologie maturino, le aziende possono già oggi avviare un percorso concreto misurando le proprie emissioni con una carbon footprint e strutturando un piano di decarbonizzazione efficace.
Domande frequenti
Idrogeno verde cos'è?
L’idrogeno verde è un vettore energetico prodotto attraverso l’elettrolisi dell’acqua, utilizzando energia da fonti rinnovabili come il fotovoltaico o l’eolico. A differenza dell’idrogeno grigio o blu, non genera emissioni di CO₂ durante la produzione, rendendolo una soluzione più sostenibile per la transizione energetica.
Come si produce l’idrogeno per auto?
L’idrogeno per auto viene prodotto principalmente tramite elettrolisi dell’acqua o reforming del metano. Per essere utilizzato nei veicoli a idrogeno, viene compresso a 700 bar per essere immagazzinato nei serbatoi. L’idrogeno non viene bruciato, ma convertito in elettricità tramite una cella a combustibile, che alimenta il motore elettrico del veicolo.
A cosa serve l’idrogeno verde?
L’idrogeno verde ha diversi utilizzi: può essere impiegato nell’industria pesante, come nella produzione di acciaio e ammoniaca, nella generazione di energia elettrica, nei trasporti pesanti (treni, camion, navi), e nel settore chimico per sostituire l’idrogeno fossile nei processi industriali. Tuttavia, nel riscaldamento residenziale il suo impiego è meno vantaggioso rispetto ad altre tecnologie, come le pompe di calore.
Costo idrogeno verde al kg: quanto costa?
Attualmente, il costo dell’idrogeno verde varia tra 4 e 8 €/kg, a seconda del costo dell’elettricità rinnovabile e dell’efficienza degli elettrolizzatori. Questo è molto più alto rispetto all’idrogeno grigio, che costa circa 1-2 €/kg. La riduzione dei costi dipenderà dall’abbassamento dei prezzi delle energie rinnovabili e dai miglioramenti tecnologici nei processi di elettrolisi.
