L’idrogeno, o H₂, sta ricevendo molta attenzione ultimamente mentre i governi di Stati Uniti, Canada ed Europa spingono per ridurre le loro emissioni di gas serra.
Ma cos’è esattamente l’H₂, ed è davvero una fonte di energia pulita?
Indice
Allora, cos’è l’idrogeno?
L’idrogeno è l’elemento più abbondante nell’universo, ma poiché è così reattivo, non si trova da solo in natura. Invece, è tipicamente legato ad altri atomi e molecole in acqua, gas naturale, carbone e persino nella materia biologica come piante e corpi umani.
Tuttavia, l’idrogeno può essere isolato. E da sola, la molecola H₂ è un potente vettore di energia altamente efficace.
È già utilizzato nell’industria per produrre ammoniaca, metanolo e acciaio e nella raffinazione del petrolio greggio. Come carburante, può immagazzinare energia e ridurre le emissioni dei veicoli, inclusi autobus e navi mercantili.
L’idrogeno può anche essere utilizzato per generare elettricità con minori emissioni di gas serra rispetto alle centrali elettriche a carbone o a gas naturale.
Poiché può essere immagazzinato, l’H₂ potrebbe aiutare a superare i problemi di intermittenza associati alle fonti energetiche rinnovabili come l’eolico e il solare. Può anche essere miscelato con il gas naturale nelle centrali elettriche esistenti per ridurre le emissioni dell’impianto.
L’utilizzo dell’idrogeno nelle centrali elettriche può ridurre le emissioni di anidride carbonica quando miscelato o da solo in turbine specializzate o in celle a combustibile, che consumano H₂ e ossigeno, o O₂, per produrre elettricità, calore e acqua. Ma in genere non è del tutto privo di CO₂. Ciò è in parte dovuto al fatto che l’isolamento di H₂ dall’acqua o dal gas naturale richiede molta energia.
Come viene prodotto l’idrogeno?
Ci sono alcuni modi comuni per produrre H₂:
- L’elettrolisi può isolare l’idrogeno scindendo l’acqua – H₂O – in H₂ e O₂ usando una corrente elettrica.
- Il reforming del metano utilizza il vapore per scindere il metano, o CH₄, in H₂ e CO₂. Per questo processo di scissione possono essere utilizzati anche ossigeno e vapore o CO₂.
- La gassificazione trasforma i materiali a base di idrocarburi – tra cui biomassa, carbone o persino rifiuti urbani – in gas di sintesi, un gas ricco di H₂ che può essere utilizzato come combustibile da solo o come precursore per la produzione di prodotti chimici e combustibili liquidi.
Ognuno ha vantaggi e svantaggi.
Verde, blu, grigio: cosa significano i colori?
L’idrogeno è spesso descritto dai colori per indicare quanto sia pulito o privo di CO₂. Il più pulito è l’idrogeno verde.
L’H₂ verde viene prodotto utilizzando l’elettrolisi alimentata da fonti di energia rinnovabile, come l’energia eolica, solare o idroelettrica. Mentre l’idrogeno verde è completamente privo di CO₂, è costoso, a circa 4-9 euro per chilogrammo a causa dell’elevata energia richiesta per dividere l’acqua
Altre tecniche meno energivore possono produrre H₂ a un costo inferiore, ma emettono comunque gas serra.
L’H₂ grigio è il tipo più comune di idrogeno. È prodotto dal gas naturale attraverso il reforming del metano. Questo processo rilascia anidride carbonica nell’atmosfera e costa circa € 1 – 2,50 per chilogrammo.
Se le emissioni di CO₂ dell’idrogeno grigio vengono catturate e bloccate in modo che non vengano rilasciate nell’atmosfera, può diventare idrogeno blu. I costi di produzione sono più alti, a circa € 1,50 – 3 per chilogrammo e le emissioni di gas serra possono ancora fuoriuscire quando il gas naturale viene prodotto e trasportato.
Un’altra alternativa è l’idrogeno turchese, prodotto utilizzando sia risorse rinnovabili che non rinnovabili. Le risorse rinnovabili forniscono energia pulita per convertire il metano – CH₄ – in H₂ e carbonio solido, piuttosto che quell’anidride carbonica che deve essere catturata e immagazzinata. Questo tipo di tecnologia di pirolisi è ancora nuovo e si stima che costi tra € 1,60 e € 2,80 per chilogrammo.
Possiamo spegnere le luci sui combustibili fossili ora?
Se l’H₂ può diventare un’alternativa al gas naturale per l’industria energetica e altri usi, come i trasporti, il riscaldamento e i processi industriali, dipenderà dalla disponibilità di energia rinnovabile a basso costo per l’elettrolisi per generare H₂ verde.
Dipenderà anche dallo sviluppo e dall’espansione delle condutture e di altre infrastrutture per immagazzinare, trasportare ed erogare H₂ in modo efficiente.
Senza l’infrastruttura, l’uso di H₂ non crescerà rapidamente. È una versione moderna di “Chi è venuto prima, l’uovo o la gallina?” L’uso continuato di combustibili fossili per la produzione di H₂ potrebbe stimolare gli investimenti nelle infrastrutture di H₂, ma l’uso di combustibili fossili rilascia gas serra.
Cosa riserva il futuro all’idrogeno?
Sebbene stiano emergendo progetti di idrogeno verde e blu, finora sono piccoli.
Politiche come i limiti europei alle emissioni di gas serra e l’Inflation Reduction Act degli Stati Uniti del 2022, che offre crediti d’imposta fino a € 3 per chilogrammo di H₂, potrebbero contribuire a rendere l’idrogeno più pulito più competitivo.
Si prevede che la domanda di idrogeno aumenterà da due a quattro volte il suo livello attuale entro il 2050. Affinché sia verde, l’H₂ richiederebbe quantità significative di energia rinnovabile nello stesso momento in cui vengono costruite nuove centrali solari, eoliche e di altra energia rinnovabile per fornire elettricità direttamente al settore elettrico.
Sebbene l’idrogeno verde sia una tendenza promettente, non è l’unica soluzione per soddisfare il fabbisogno energetico mondiale e gli obiettivi energetici senza emissioni di carbonio. Una combinazione di fonti energetiche rinnovabili e H₂ pulito, tra cui blu, verde o turchese, sarà probabilmente necessaria per soddisfare il fabbisogno energetico mondiale in modo sostenibile.
Autore
Hannes van der Watt, Università del Nord Dakota