Il ruolo dell’idrogeno nell’economia decarbonizzata

Dopo alcuni anni passati quasi in silenzio, dalla fine del 2018 è tornato ad assumere sempre maggiore importanza il dibattito su quale ruolo e contributo l’idrogeno potrà offrire in un’economia decarbonizzata. Va detto subito che l’affermazione di questo vettore energetico ruota intorno alla possibilità di produrlo in grandi quantità da fonti rinnovabili e di stoccarlo a prezzi accessibili e contenuti.

L’idrogeno è, infatti, l’elemento più comune dell’universo ma sul nostro pianeta tende ad associarsi ad altri elementi formando molecole: nell’acqua con l’ossigeno, nell’ammoniaca con l’azoto e negli idrocarburi col carbonio. Si rende perciò necessario produrre l’idrogeno attraverso processi chimici e fisici di separazione delle molecole.

Tra le tecniche di produzione dell’idrogeno vale la pena citare lo steam reforming e l’elettrolisi.

Lo steam reforming consiste in un processo ad elevata temperatura attraverso il quale da una reazione chimica tra vapore acqueo e idrocarburi, principalmente gas metano, si ottengono biossido o monossido di carbonio ed idrogeno. Ad oggi circa il 95-96% dell’idrogeno viene prodotto da idrocarburi ed è utilizzato nei processi petrolchimici.

L’elettrolisi consiste, invece, nella rottura delle molecole di acqua in ossigeno e idrogeno attraverso il passaggio di corrente elettrica all’interno di una cella elettrolitica. Se l’energia elettrica per alimentare il processo è di origine rinnovabile, l’idrogeno ottenuto prende il nome di “idrogeno verde” e ci permette di ottenere un vettore energetico pulito sia nella produzione che nel successivo utilizzo.

Le caratteristiche dell’idrogeno ne permettono il trasporto anche per lunghe distanze, in infrastrutture dedicate o nei gasdotti esistenti, opportunamente miscelato con il gas metano, realizzando il cosiddetto “power-to-gas”. Vi è, inoltre, la possibilità di realizzare sistemi di stoccaggio e accumulo di energia anche stagionale, grazie all’impiego della sovrapproduzione di energia prodotta da impianti ad energia rinnovabile non programmabile per l’alimentazione degli elettrolizzatori.

L’idrogeno ha una elevata densità di energia per unità di massa, ma presenta tuttavia una scarsa densità energetica volumetrica rispetto agli idrocarburi richiedendo perciò serbatoi di maggiori dimensioni per lo stoccaggio. Per questo motivo l’accumulo dell’idrogeno avviene in bombole o serbatoi ad alta pressione (fino a 1.000 bar) o liquefatto in sistemi criogenici. Altre tecniche di stoccaggio sono ottenute mediante reazioni chimiche con leghe metalliche che assorbono l’idrogeno formando idruri metallici solidi oppure combinato con l’azoto sotto forma di ammoniaca.

Paesi con elevate percentuali di energia da fonti rinnovabili stanno già investendo in sistemi di accumulo a idrogeno prodotto mediante elettrolizzatori, dimensionati su decine di MW collocati strategicamente in prossimità di impianti eolici o fotovoltaici. Tra i progetti più interessanti, nel 2017 è stato ideato dagli operatori di rete Olandesi, Danesi e Tedeschi il North Sea Wind Power Hub che prevede di creare delle isole artificiali denominate “Power Link” all’intersezione delle acque territoriali dei tre paesi nel Mare del Nord con l’intento di realizzare parchi eolici di diversi GW.

L’energia prodotta verrà trasmessa ai paesi affacciati sul Mare del Nord con appositi collegamenti elettrici e impiegata per produrre idrogeno da elettrolisi direttamente sulle isole al fine di stoccarlo e utilizzarlo nei momenti di maggiore necessità.

L’idrogeno rappresenta uno dei vettori energetici con maggiore versatilità e flessibilità, il suo utilizzo potrà avere un ruolo importante anche nella decarbonizzazione dell’industria “energivora” che necessita di grandi quantità di calore industriale per i processi produttivi (come nei settori dell’acciaio e del vetro) e nel settore della mobilità attraverso l’utilizzo di fuel cells o turbine a idrogeno.

A Bolzano è stato realizzato un centro di produzione per l’idrogeno sfruttando energia elettrica da fonte fotovoltaica e idroelettrica. L’impianto comprende, oltre alla produzione, una stazione di rifornimento, un’area dimostrativa e un settore per le attività di ricerca. L’idrogeno è, inoltre, utilizzato per sperimentare auto e autobus a celle a combustibile per il trasporto pubblico locale.

Il dipartimento mobilità della Provincia di Bolzano ha ottenuto il cofinanziamento europeo del 30% tramite il progetto (Joint Initiative for Hydrogen Vehicles across Europe) per l’acquisto dei nuovi mezzi ad emissioni zero. Nel 2019 è stato testato a Bolzano il primo di 12 bus ad idrogeno ed entro la fine del 2020 è prevista la consegna di ulteriori 18 bus.

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