MEGATREND DELL'IDROGENO: L'IDROGENO VERDE È IL CARBURANTE DEL FUTURO?

IDROGENO - UN TUTTOFARE

Si ripongono grandi speranze nell'idrogeno come vettore energetico. L'idrogeno sembra essere la soluzione, soprattutto per i settori economici e industriali che ancora oggi sono difficili da decarbonizzare e sono gravati da elevate emissioni di gas serra. Essendo un tuttofare, l'idrogeno può essere usato in molti modi. Non è solo un vettore energetico, ma è anche usato come materia prima per scopi industriali. Tuttavia, la sua produzione attuale è molto energivora e associata ad alte emissioni.

In futuro, l'idrogeno potrebbe essere prodotto in grandi quantità attraverso l'uso di energie rinnovabili. I processi tecnici che lo rendono possibile sono stati testati e sono già in uso. Così, l'idrogeno neutro per il clima potrebbe diventare la forza trainante di una fiorente economia dell'idrogeno. Vorremmo dare uno sguardo ai suoi molteplici usi e applicazioni e invitare gli esperti a contribuire a un dialogo obiettivo sul tema dell'idrogeno.

L'idrogeno non è un argomento nuovo. La ricerca sulle tecnologie corrispondenti è in corso da molto tempo. Dalla sua scoperta nel XVIII secolo, ci sono state varie applicazioni. Ma a che punto è la tecnologia dell'idrogeno oggi e quali applicazioni sono attualmente perseguite? Queste sono le domande che trattiamo in questo speciale. Uno dei punti focali è il contributo che l'idrogeno neutrale per il clima dà alla transizione energetica.

PERCHÉ USARE L'IDROGENO PER LA TRANSIZIONE ENERGETICA?

L'idrogeno, o H2 in breve, non è solo l'elemento più abbondante nell'universo. È caratterizzato da una vasta gamma di proprietà utili. Ciò rende l'idrogeno attraente per l'uso energetico. Ha un'alta densità energetica, può essere immagazzinato e trasportato in forma liquida o gassosa. La sua combustione non produce emissioni.

L'unico inconveniente è che l'idrogeno non esiste sulla terra in forma pura, ma solo in forma legata. Per poterlo utilizzare come vettore energetico, deve prima essere prodotto. Questo è possibile attraverso vari processi di produzione. Uno di questi è il processo power-to-gas in combinazione con l'elettrolisi. Sotto tensione elettrica, l'acqua (H2O) può essere scissa nei suoi componenti idrogeno (H2) e ossigeno (O2) con l'aiuto di un elettrolizzatore.

Tuttavia, questo processo e l'elettrolizzatore richiedono energia - molta energia! Ed è qui che entra in gioco l'energia rinnovabile, che può fornire l'energia necessaria ma senza produrre emissioni.

COSA DICE LA COLORAZIONE DELL'IDROGENO?

L'idrogeno in sé è un elemento incolore. Tuttavia, l'idrogeno prodotto attraverso il processo power-to-gas è descritto come "verde". Questa colorazione è fatta in relazione alla fonte di alimentazione, cioè da quali fonti proviene l'energia necessaria per produrre l'idrogeno. Se l'idrogeno è verde, per produrlo si usa elettricità verde, cioè energia rinnovabile. Nel caso dell'idrogeno "grigio" e "blu", l'energia necessaria proviene da fonti energetiche fossili, cioè carbone, petrolio o gas sono usati come vettori energetici. Questo si traduce in emissioni durante la sua produzione.

A differenza dell'idrogeno grigio, le emissioni di idrogeno blu non devono sfuggire senza ostacoli nell'atmosfera. Invece, sono previste ulteriori fasi di stoccaggio per legare le emissioni di CO2 e iniettarle negli strati profondi della terra, per esempio. Con l'idrogeno "turchese", i residui di carbonio rimangono in forma solida e sono anche da immagazzinare temporaneamente.

Sia la produzione di idrogeno blu che quella di idrogeno turchese sono controverse per quanto riguarda la transizione energetica. Secondo i critici, entrambi non portano a un allontanamento dai combustibili fossili, ma piuttosto a una continuazione del loro uso. Mentre l'idrogeno verde è alimentato da energie rinnovabili e quindi l'energia pulita può essere utilizzata per l'elettrolisi. Questo sarebbe quindi in grado di essere prodotto in modo neutrale per il clima.

BRACCIO ESTESO DELLA CREAZIONE DI VALORE REGIONALE

L'idrogeno prodotto dall'elettricità verde è considerato il vettore energetico del futuro ed è una componente importante della transizione energetica. Tuttavia, la sua produzione è stata finora costosa e complessa, motivo per cui il suo uso dovrebbe essere preferibilmente in aree dove l'elettrificazione e l'uso diretto di energia rinnovabile non è possibile.

Alcuni progetti dimostrativi sono già stati realizzati. In questi, è stata fornita la prova tecnica che l'idrogeno verde può essere prodotto attraverso il processo power-to-gas e l'elettrolisi. Si stanno studiando anche gli aspetti economici. I progetti dimostrativi spesso gettano le basi per ulteriori progetti che portano le nuove tecnologie nell'economia di mercato a livello di infrastrutture e su scala più ampia.

Le regioni che hanno già investito nell'espansione delle energie rinnovabili potrebbero beneficiare dello sviluppo di nuove infrastrutture di idrogeno. Per loro, l'idrogeno verde porterebbe un ulteriore vantaggio nella creazione di valore regionale. Con l'installazione e la gestione di impianti di energia rinnovabile, si potrebbe generare un reddito al di là del "raccolto di elettricità" attraverso lo sviluppo di un'infrastruttura di idrogeno.

QUALI SONO LE APPLICAZIONI DELL'IDROGENO VERDE?

Gamma di applicazioni per l'idrogeno verde e per l'accoppiamento di settore:

L'idrogeno verde può essere utilizzato come vettore energetico e risorsa nei settori della generazione di energia e calore, dell'industria, dei trasporti e degli edifici. In particolare, offre una vasta gamma di possibili usi per il cosiddetto accoppiamento di settore. Lo spettro delle sue applicazioni è brevemente delineato qui, ma senza entrare in ulteriori dettagli.

Idrogeno verde per l'industria

Grandi quantità di idrogeno sono già utilizzate nell'industria. Non sarebbe necessario sviluppare nuovi campi di applicazione per questi settori. Piuttosto, l'idrogeno grigio potrebbe essere sostituito dall'idrogeno verde. Questo permetterebbe a molti settori industriali con alte emissioni di ridurre le loro emissioni.

Generare elettricità con le celle a combustibile

Un'altra opzione è quella di riconvertire l'idrogeno verde in elettricità. Può essere convertito in elettricità utilizzando celle a combustibile. In questo modo, l'idrogeno verde potrebbe essere usato come combustibile, ma anche per generare calore negli edifici. Specialmente per la fornitura di energia decentralizzata e come sostituzione dei generatori diesel, le celle a combustibile avrebbero un potenziale in combinazione con il fotovoltaico e altre tecnologie rinnovabili. Tuttavia, molta energia si perde durante la riconversione in elettricità.

Veicoli alimentati da idrogeno verde

I veicoli alimentati da celle a combustibile sono già sul mercato. La loro diffusione è solo bassa, in quanto è simile all'emergere dell'elettromobilità. I veicoli sono costosi da acquistare e da utilizzare. Inoltre, l'uso diretto dell'elettricità nei veicoli elettrici è più efficiente e richiede meno impianti per generare elettricità. Inoltre, attualmente non esiste una rete di stazioni di rifornimento di idrogeno a livello nazionale. Tuttavia, questo viene gradualmente ampliato. Entro la fine del 2021, circa 100 stazioni di rifornimento di idrogeno dovrebbero essere pronte per l'uso in Germania.

Mentre l'uso di veicoli a idrogeno nei trasporti è ancora limitato, c'è un maggiore uso di veicoli a celle a combustibile nel campo dei cosiddetti camion industriali. Per esempio, i carrelli elevatori e i trattori da traino sono alimentati dalla tecnologia di propulsione a idrogeno. Gli autobus a celle a combustibile hanno anche raggiunto un alto livello di maturità tecnica e sono utilizzati dalle aziende di trasporto urbano. Questi sono spesso ibridi combinati con un motore elettrico.

Idrogeno verde nel trasporto ferroviario e pesante

Per le lunghe distanze, come il traffico pesante su strada, ma anche per il trasporto ferroviario, sono adatti anche i carburanti a base di elettricità come l'idrogeno. I primi treni a idrogeno sono già stati testati su binari di prova. Ma il loro numero è gestibile. Anche se, come i veicoli pesanti, si ritiene che abbiano buone possibilità di utilizzare la tecnologia dell'idrogeno verde.

Idrogeno verde nel trasporto marittimo e aereo

Un lavoro altrettanto intenso viene fatto sugli aerei ibridi e sulle navi basate sulla tecnologia dell'idrogeno. Nel settore del volo, i primi prototipi hanno dimostrato la loro funzionalità. L'interazione del motore elettrico e della cella a combustibile è stata testata.

Anche i sistemi di propulsione ibrida-elettrica per le navi potrebbero essere utilizzati in modo ecologico. Per esempio, le navi da carico e da crociera potrebbero usare celle a combustibile per coprire i loro bisogni di elettricità e di riscaldamento durante il loro soggiorno nei porti. Le città portuali sono esposte a un alto carico ambientale e di emissioni causato dalle navi. Le tecnologie dell'idrogeno verde potrebbero offrire un'alternativa pulita ai generatori diesel e liberare le città portuali dalle emissioni.

COSA OSTACOLA ATTUALMENTE IL DECOLLO DEL MERCATO DI UN'ECONOMIA VERDE DELL'IDROGENO?

Come mostrato, ci sono molte applicazioni possibili per l'idrogeno verde. Tuttavia, ci sono ancora poche prove di un ramp-up del mercato delle applicazioni dell'idrogeno. Cosa frena lo sviluppo di un'economia dell'idrogeno?

Qui si potrebbero citare una serie di ostacoli. Infatti, nonostante i progressi tecnologici degli ultimi anni, per esempio nel campo della produzione di celle a combustibile, la ricerca sui materiali o i guadagni di efficienza nella produzione di idrogeno verde, la tecnologia rimane costosa. Gli alti costi di produzione sono un ostacolo fondamentale per l'introduzione della tecnologia.

Allo stesso tempo, altre tecnologie e applicazioni verdi stanno entrando nel mercato. Le applicazioni dell'idrogeno devono competere con queste. Soprattutto perché molte delle tecnologie sono già mature - parole chiave: elettromobilità, sistemi di stoccaggio dell'energia basati sugli ioni di litio o sistemi digitali di efficienza energetica. Le riserve sulla tecnologia sono anche un ostacolo centrale.

Quindi, non contano solo i fattori tecnologici e finanziari. Attori, strutture, mercati e un quadro giuridico sono necessari per un'economia verde dell'idrogeno per stabilirsi. Per poter produrre idrogeno verde da fonti di energia pulita, sono necessari anche casi aziendali per le applicazioni dell'idrogeno verde e una maggiore espansione delle energie rinnovabili.

Allo stesso tempo, sono necessari investimenti in un'infrastruttura per l'idrogeno, cioè oltre alle centrali elettriche a gas, sono necessari investimenti per la logistica, lo stoccaggio e il trasporto. Senza un finanziamento iniziale, come è successo con le energie rinnovabili, lo stoccaggio di energia, l'elettromobilità e le tecnologie di efficienza energetica, un'economia dell'idrogeno non potrà svilupparsi sufficientemente.

PROGRAMMI DI FINANZIAMENTO

Negli ultimi anni, il governo tedesco ha lanciato programmi di finanziamento per la tecnologia dell'idrogeno. Più recentemente, nell'estate del 2020, ha lanciato la sua "Strategia nazionale dell'idrogeno" e con essa la promozione più completa delle tecnologie dell'idrogeno fino ad oggi. Con un catalogo di un totale di 38 misure, i progetti vicini al mercato saranno finanziati dal programma nei prossimi anni.

Ulteriori informazioni sui progetti finanziati possono essere trovate al seguente link:

Programma di finanziamento per l'idrogeno del BMBF

CONCLUSIONE

Per quanto riguarda l'idrogeno verde, si possono identificare numerose applicazioni che rendono la tecnologia attraente per l'ulteriore utilizzo delle energie rinnovabili. Solo che per arrivare a questo punto, attualmente ci sono ancora diversi ostacoli da superare. Questi rendono difficile la diffusione e ostacolano lo sviluppo del mercato di un'economia verde dell'idrogeno. Tuttavia, uno scambio di esperienze e l'identificazione di percorsi praticabili possono aiutare la diffusione della tecnologia dell'idrogeno.

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