Cos'è l’idrogeno verde, come si produce e quali sono i vantaggi

La crescente necessità di contrastare i cambiamenti climatici e limitare il riscaldamento globale ha determinato nuovi modelli di crescita: sostenibili, attenti all’ambiente e rivolti ad un uso consapevole delle risorse energetiche. In questo scenario l’elettrificazione, ovvero la progressiva sostituzione dei combustibili fossili (carbone, petrolio, gas) con l'elettricità generata da fonti di energia rinnovabili (solare, l'eolico, l'idroelettrico), gioca un ruolo fondamentale. Anche ENGIE sta partecipando attivamente a questo importante processo di transizione energetica.

L’obiettivo è decarbonizzare l’economia, renderla sempre più indipendente dalle fonti fossili, avere trasporti efficienti, aria pulita e città e case sempre più verdi con auto elettriche al posto di quelle a benzina, pompe di calore in sostituzione dei tradizionali sistemi di riscaldamento a gas o piastre a induzione invece delle classiche cucine con fornelli a gas.

Ci sono settori in cui, però, si consumano grandi quantità di energia in poco tempo per poter ricorrere ad un’alimentazione tramite accumulatori elettrici: pensiamo alle attività energivore (stabilimenti siderurgici, cementifici), alle industrie chimiche, al trasporto marittimo a lunga distanza o all’aviazione, in questi casi l’elettrificazione è almeno per il momento impossibile. Ed è qui che interviene l’idrogeno verde, un gas prodotto a partire da fonti rinnovabili e valida alternativa per ridurre le emissioni in questi ambiti. 

Ad oggi l’idrogeno verde rappresenta uno dei principali alleati nella decarbonizzazione dei settori in cui l’elettrificazione non è praticabile, oltre ad essere un elemento essenziale nell’accelerazione della rivoluzione green già in atto.  

Ma vediamo nello specifico di cosa si tratta.

L’idrogeno è un gas incolore e inodore, è l’elemento più leggero e abbondante dell’universo, e può essere usato per produrre energia.  

Secondo un rapporto dell’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA) aggiornato a qualche anno fa, il consumo di idrogeno nel mondo si attesterebbe intorno alle 75 milioni di tonnellate ogni anno. Ma si tratta nella maggior parte dei casi di idrogeno prodotto principalmente da combustibili fossili e quindi con grandi quantità di emissioni climalteranti.  

Quindi l’idrogeno non è tutto uguale.

• Quello ottenuto utilizzando fonti fossili è il cosiddetto idrogeno grigio e libera CO2 nell’atmosfera. 
• L’idrogeno blu, invece, è quello prodotto adottando sistemi di cattura delle particelle di CO2 alla fine del processo di produzione, che riducono così il suo impatto ambientale. I problemi di sostenibilità, tuttavia, rimangono anche in quest’ultimo caso, sia dal punto di vista economico che ambientale: i costi per attuare questo sistema sono ancora molto elevati e il ciclo produttivo non è in grado di catturare tutta la CO2 prodotta, senza contare le emissioni di metano rilasciate comunque nell’ambiente al termine dell’operazione.  
• L’unico sostenibile al 100% è invece quello conosciuto come idrogeno verde, la variante green dell’idrogeno, ovvero la sua versione pulita: non è presente in natura e si produce a partire dall’elettrolisi dell’acqua tramite fonti rinnovabili. È grazie a questo processo se oggi è possibile ottenere idrogeno pulito; la sua successiva trasformazione genera energia e vapore acqueo senza rilasciare nell’atmosfera agenti inquinanti.

Ma vediamo meglio come si produce l’idrogeno verde.  

• Elettrolisi. “Diversamente dal grigio, la produzione di idrogeno verde avviene attraverso il processo di elettrolisi, ovvero la scissione della molecola d’acqua in idrogeno e ossigeno”, come spiegato in un’intervista a Wired dal direttore del dipartimento Tecnologie energetiche e fonti rinnovabili dell'Enea, Giorgio Graditi. Il processo di elettrolisi dell'acqua avviene tramite un dispositivo, l’elettrolizzatore, che utilizza l'energia elettrica per separare le molecole di acqua (H2O) in atomi di idrogeno (H2) e ossigeno (O2). L'ossigeno viene rilasciato nell'atmosfera, mentre l'idrogeno viene immagazzinato per un uso successivo. L'energia elettrica impiegata proviene in questo caso da fonti rinnovabili (solare, eolico o idroelettrico), solo così infatti si otterrà una forma di energia pulita, sostenibile e riproducibile. Produrre idrogeno verde però richiede significative quantità di energia, ecco perché il processo di produzione è ancora molto costoso.  
• Elettroriduzione. L’idrogeno verde si può produrre anche tramite altre tecnologie come l’elettroriduzione dell'anidride carbonica (ERC), che usa un elettrodo come catalizzatore per convertire l'anidride carbonica e l'acqua in idrogeno e ossigeno. Si tratta però di una procedura ancora in fase di sviluppo. 

Una volta prodotto, l’idrogeno verde è pronto per essere stoccato e usato in diversi ambiti: dall’industria pesante ai sistemi di riscaldamento domestico (caldaia a idrogeno) fino ai mezzi di trasporto.  

Giorgio Graditi, direttore del dipartimento Tecnologie energetiche e fonti rinnovabili dell'Enea, ha spiegato in una intervista:

L’uso di idrogeno come energia rinnovabile offre numerosi vantaggi. Vediamo i principali. 

• Riduzione delle emissioni di CO₂: a differenza dell'idrogeno tradizionale prodotto a partire da combustibili fossili, l'idrogeno verde durante la sua produzione non rilascia anidride carbonica, contribuisce quindi a ridurre l'impatto ambientale di alcuni settori industriali particolarmente energivori, come quello della produzione di acciaio e cemento, o del trasporto su strada. 
• Versatilità: può essere utilizzato in diversi settori: trasporti, industria, energia o edilizia. Lo si può impiegare ad esempio come materia prima, ovvero carburante per alimentare i veicoli riducendo così l'inquinamento atmosferico e migliorando la qualità dell'aria nelle aree urbane. Nell'industria invece l'idrogeno verde può essere usato per produrre fertilizzanti e combustibili sintetici a basse emissioni di carbonio, ma è anche un ottimo vettore per accumulare e trasportare energia fornendo un'opzione di alimentazione stabile e pulita. 
• Sostenibilità: l'idrogeno verde viene prodotto utilizzando fonti di energia rinnovabile, che non si esauriscono come i combustibili fossili; può essere usato quindi per sviluppare reti energetiche integrate e flessibili, che combinano diverse forme di energia rinnovabile con sistemi di stoccaggio dell'idrogeno.

Sono diverse le istituzioni che hanno deciso di investire sulla produzione di idrogeno verde per incentivare il processo di decarbonizzazione già in atto.

• Su tutte, ad esempio, la Commissione europea, che nel luglio 2020 ha lanciato una strategia europea sull’idrogeno per aumentarne la produzione e con l’ambizione di creare mercati aperti e competitivi per portare l’idrogeno verde in tutti i settori energetici.  
• In Italia la spinta arriva dal Piano nazionale di ripresa e resilienza che investe circa 3,6 miliardi di euro per promuovere l’industria dell’idrogeno pulito. I fondi del PNNR rappresentano così una grande opportunità nonché forse l’unico modo per coprire gli enormi costi che la produzione di idrogeno green comporta. 

Secondo alcune stime grazie alle sue proprietà (pulito, rinnovabile ed efficace), l’idrogeno verde permetterebbe di ridurre l’innalzamento della temperatura media globale mantenendola sotto i 2 gradi, nel rispetto degli obiettivi stabiliti dall'Accordo di Parigi e in linea con gli impegni assunti per il raggiungimento della neutralità climatica entro il 2050.

Abbiamo parlato dei vantaggi, ma la produzione di idrogeno verde presenta anche molti limiti che ne rallentano l’effettiva diffusione e utilizzo. 

• I costi di produzione sono ancora troppo elevati rispetto ai combustibili ed è questo uno dei motivi per cui l’idrogeno pulito non è riuscito ancora a imporsi in modo effettivo nella transizione energetica, rimanendo un’opportunità ancora poco accessibile.  
• Ma una delle maggiori criticità rimane l’approvvigionamento: gli elettrolizzatori sono molto energivori e, per produrlo, hanno bisogno di utilizzare enormi quantità di energia rinnovabile, al momento non disponibili.  
• Ammesso che si acceleri il processo di produzione delle rinnovabili, resta il problema relativo a stoccaggio, trasporto e distribuzione: servono infrastrutture specifiche, come impianti di elettrolisi dell'acqua e stazioni di rifornimento e c’è bisogno di investire sulle tecnologie necessarie a produrlo.  

Quando allora l’idrogeno pulito entrerà realisticamente a far parte della quotidianità dei cittadini europei? Se, come previsto da alcuni studi, i costi di produzione nei prossimi anni si abbasseranno, potrebbe essere accessibile a tutti entro il 2050, con un costo addirittura inferiore a quello del gas naturale.