L'idrogeno verde: potrebbe essere la chiave per un'economia senza emissioni di carbonio?

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L'Arabia Saudita sta costruendo una città futuristica nel deserto sul Mar Rosso chiamata Neom. La città da 500 miliardi di dollari – completa di taxi volanti e aiuto domestico robotico – è stata costruita da zero e ospiterà un milione di persone. E quale prodotto energetico verrà utilizzato sia per alimentare questa città che per vendere al mondo? Non petrolio. I sauditi stanno andando alla grande con qualcosa chiamato idrogeno verde, un carburante privo di carbonio ottenuto dall'acqua utilizzando elettricità prodotta in modo rinnovabile per scindere le molecole di idrogeno dalle molecole di ossigeno.

Questa estate, una grande compagnia di gas statunitense, Air Products & Chemicals, ha annunciato che come parte di Neom ha costruito un impianto di idrogeno verde in Arabia Saudita negli ultimi quattro anni. L'impianto è alimentato da 4 gigawatt da progetti eolici e solari che si estendono per tutto il deserto. Sostiene di essere il più grande progetto di idrogeno verde del mondo – e altri impianti sauditi sono sul tavolo da disegno.

Idrogeno verde? I sauditi non sono i soli a credere che sia la prossima grande novità nel futuro energetico. Mentre il carburante è a malapena sul radar negli Stati Uniti, in tutto il mondo è in corso una corsa all'idrogeno verde e molte aziende, investitori, governi e ambientalisti credono che sia una fonte di energia che potrebbe aiutare a porre fine al regno dei combustibili fossili e rallentare la traiettoria di riscaldamento del mondo.

"È molto promettente", ha detto Rachel Fakhry, analista energetico per il Natural Resources Defense Council. Esperti come Fakhry affermano che mentre l'energia eolica e solare possono fornire l'elettricità per alimentare case e auto elettriche, l'idrogeno verde potrebbe essere una fonte di energia ideale per industrie ad alta intensità energetica come la produzione di cemento e acciaio, nonché parti del settore dei trasporti che lo sono più difficile da elettrificare. "L'ultimo 15 per cento dell'economia è difficile da ripulire – aviazione, spedizione, produzione, autotrasporti a lunga distanza", ha detto Fakhry in un'intervista. "L'idrogeno verde può farlo."

La Germania ha destinato la quota maggiore dei suoi fondi di stimolo all'energia pulita all'idrogeno verde.

L'Europa, che ha un'economia che è gravata da prezzi energetici elevati ed è fortemente dipendente dal gas naturale russo, sta abbracciando l'idrogeno verde fornendo finanziamenti per la costruzione di impianti di elettrolisi e altre infrastrutture per l'idrogeno. La Germania ha destinato la quota maggiore dei suoi fondi di stimolo all'energia pulita all'idrogeno verde. "È la parte mancante del puzzle per un'economia completamente decarbonizzata", ha scritto la Commissione europea in un documento strategico di luglio.

Il potenziale dell'idrogeno come fonte di carburante è stato pubblicizzato per decenni, ma la tecnologia non è mai decollata su una scala considerevole e con buone ragioni, secondo gli scettici. Sostengono che l'adozione diffusa delle tecnologie dell'idrogeno verde ha affrontato seri ostacoli, in particolare che i combustibili a idrogeno hanno bisogno di energia rinnovabile per essere verdi, il che richiederà una massiccia espansione della generazione rinnovabile per alimentare gli impianti di elettrolisi che dividono l'acqua in idrogeno e ossigeno. L'idrogeno verde è anche difficile da immagazzinare e trasportare senza un gasdotto. E in questo momento in alcuni luoghi, come gli Stati Uniti, l'idrogeno è molto più costoso di altri combustibili come il gas naturale.

Sebbene abbia dei vantaggi, afferma Michael Liebreich, analista di Bloomberg New Energy Finance nel Regno Unito e scettico sull'idrogeno verde, "mostra un elenco altrettanto impressionante di svantaggi".

"Non si verifica in natura, quindi richiede energia per separarsi", ha scritto Liebreich in un paio di recenti saggi per BloombergNEF. “Il suo stoccaggio richiede una compressione fino a 700 volte la pressione atmosferica, la refrigerazione a 253 gradi Celsius… Trasporta un quarto dell'energia per unità di volume del gas naturale… Può fragilizzare il metallo; sfugge attraverso le più piccole perdite e sì, è davvero esplosivo. "

Nonostante questi problemi, ha scritto Liebreich, l'idrogeno verde "detiene ancora una morsa sull'immaginazione dei tecno-ottimisti".

L'idrogeno verde viene prodotto utilizzando energia rinnovabile, rendendolo una fonte di carburante senza CO2.
SGN

Ben Gallagher, analista energetico di Wood McKenzie che studia l'idrogeno verde, ha affermato che il carburante è così nuovo che il suo futuro rimane poco chiaro. "Nessuno ha la vera idea di cosa sta succedendo qui", ha detto. "A questo punto sono solo speculazioni. In questo momento è difficile vedere questo come il nuovo petrolio. Tuttavia, potrebbe costituire una parte importante del mix di carburante complessivo ".

L'idrogeno è la sostanza chimica più abbondante nell'universo. Due atomi di idrogeno accoppiati a un atomo di ossigeno creano acqua. Da solo, però, l'idrogeno è un gas inodore e insapore e altamente combustibile. L'idrogeno derivato dal metano – di solito dal gas naturale, ma anche dal carbone e dalla biomassa – è stato introdotto nella seconda guerra mondiale dalla Germania, che non ha depositi di petrolio. Ma la CO2 viene emessa nella produzione di idrogeno dal metano e quindi non è rispettosa del clima; l'idrogeno prodotto in questo modo è noto come idrogeno grigio.

Il verde è il nuovo arrivato nel blocco dell'idrogeno e, poiché è prodotto con energia rinnovabile, è privo di CO2. Inoltre, l'utilizzo di energia rinnovabile per creare il carburante può aiutare a risolvere il problema dell'intermittenza che affligge l'energia eolica e solare, e quindi è essenzialmente uno stoccaggio efficiente. Quando la domanda di energie rinnovabili è bassa, durante la primavera e l'autunno, l'elettricità in eccesso può essere utilizzata per alimentare l'elettrolisi necessaria per scindere le molecole di idrogeno e ossigeno. Quindi l'idrogeno può essere immagazzinato o inviato lungo una tubazione.

Tali vantaggi stanno alimentando un crescente interesse per l'idrogeno verde globale. In Europa, Medio Oriente e Asia, sempre più paesi e aziende stanno adottando questo carburante di alta qualità. Gli Stati Uniti sono in ritardo perché altre forme di energia, come il gas naturale, sono molto più economiche, ma sono in corso diversi nuovi progetti, tra cui una centrale elettrica a idrogeno verde nello Utah che sostituirà due vecchie centrali a carbone e produrrà elettricità per la California meridionale .

Il Medio Oriente, con l'energia eolica e solare più economica al mondo, punta a diventare uno dei principali attori dell'idrogeno verde.

In Giappone, un nuovo impianto di idrogeno verde, uno dei più grandi al mondo, è stato appena aperto vicino a Fukishima, un luogo volutamente simbolico data la vicinanza dell'impianto al luogo del disastro nucleare del 2011. Sarà utilizzato per alimentare le celle a combustibile, sia nei veicoli che nei siti fissi. Un consorzio energetico in Australia ha appena annunciato l'intenzione di costruire un progetto chiamato Asian Renewable Energy Hub a Pilbara che utilizzerebbe 1.743 grandi turbine eoliche e 30 miglia quadrate di pannelli solari per gestire una fabbrica di elettrolisi da 26 gigawatt che creerebbe idrogeno verde da inviare a Singapore.

Mentre l'Europa intensifica la sua spinta alla decarbonizzazione, anche lei sta scommettendo molto sul carburante. L'Unione Europea ha appena elaborato una strategia per un'espansione dell'idrogeno verde su larga scala, sebbene non sia stata ancora adottata ufficialmente. Ma nel suo piano per l'energia pulita da 550 miliardi di dollari, l'UE sta includendo fondi per nuovi elettrolizzatori di idrogeno verde e tecnologie di trasporto e stoccaggio per il carburante. "L'impiego su larga scala di idrogeno pulito a un ritmo veloce è fondamentale per l'UE per raggiungere le sue ambizioni climatiche elevate", ha scritto la Commissione europea.

Il Medio Oriente, che ha l'energia eolica e solare più economica del mondo, punta a diventare uno dei principali attori dell'idrogeno verde. "L'Arabia Saudita dispone di energia rinnovabile incredibilmente a basso costo", ha affermato Thomas Koch Blank, leader del Breakthrough Technology Program del Rocky Mountain Institute. “Il sole splende in modo abbastanza affidabile ogni giorno e il vento soffia in modo abbastanza affidabile ogni notte. È difficile da battere. "

BloombergNEF stima che per generare abbastanza idrogeno verde per soddisfare un quarto del fabbisogno energetico mondiale richiederebbe più elettricità di quella che il mondo genera ora da tutte le fonti e un investimento di $ 11 trilioni in produzione e stoccaggio. Ecco perché il focus per ora è sul 15% dell'economia con esigenze energetiche non facilmente fornite dall'energia eolica e solare, come la produzione pesante, i trasporti su lunghe distanze e il carburante per navi da carico e aerei.

Il Fukushima Hydrogen Energy Research Field (FH2R), un impianto di idrogeno verde in grado di generare fino a 1.200 metri cubi normali (Nm3) di idrogeno all'ora, ha aperto in Giappone a marzo.
Toshiba ESS

La densità energetica dell'idrogeno verde è tre volte quella del carburante per aerei, il che la rende una promettente tecnologia a emissioni zero per gli aerei. Ma Airbus, il produttore europeo di aeroplani, ha recentemente rilasciato una dichiarazione in cui afferma che è necessario superare problemi significativi, tra cui lo stoccaggio sicuro dell'idrogeno sugli aerei, la mancanza di un'infrastruttura per l'idrogeno negli aeroporti e il costo. Gli esperti dicono che saranno necessarie nuove tecnologie per risolvere questi problemi. Tuttavia, Airbus ritiene che l'idrogeno verde svolgerà un ruolo importante nella decarbonizzazione del trasporto aereo.

"L'idrogeno verde competitivo in termini di costi e le partnership intersettoriali saranno obbligatorie per portare alla realtà il volo a emissioni zero", ha affermato Glen Llewellyn, vice presidente di Zero Emission Aircraft per Airbus. Gli aerei a idrogeno potrebbero volare entro il 2035, ha detto.

Negli Stati Uniti, dove i prezzi dell'energia sono bassi, l'idrogeno verde costa circa tre volte di più del gas naturale, anche se quel prezzo non tiene conto del danno ambientale causato dai combustibili fossili. Tuttavia, il prezzo dell'idrogeno verde sta diminuendo. In 10 anni, l'idrogeno verde dovrebbe essere comparabile in termini di costo al gas naturale negli Stati Uniti.

Uno dei principali motori dello sviluppo dell'idrogeno verde negli Stati Uniti è la spinta aggressiva della California verso un futuro a emissioni zero. Il Dipartimento per l'acqua e l'energia di Los Angeles, ad esempio, sta contribuendo a finanziare la costruzione della centrale elettrica alimentata a idrogeno nello Utah. È programmato per andare online nel 2025.

Una società chiamata SGH2 ha recentemente annunciato che costruirà un grande impianto per la produzione di idrogeno verde nel sud della California. Invece di usare l'elettrolisi, utilizzerà la gassificazione dei rifiuti, che riscalda molti tipi di rifiuti a temperature elevate che li riducono ai loro composti molecolari. Quelle molecole si legano quindi con l'idrogeno e SGH2 afferma di poter produrre l'idrogeno verde in modo più economico rispetto all'uso dell'elettrolisi.

I funzionari della California vedono l'idrogeno verde come un'alternativa ai combustibili fossili per i veicoli diesel.

I funzionari della California vedono anche l'idrogeno verde come alternativa ai combustibili fossili per i veicoli diesel. Lo stato ha approvato uno standard a basso tenore di carbonio nel 2009 per promuovere veicoli elettrici e veicoli a idrogeno. Il mese scorso, un gruppo di funzionari del settore dei veicoli pesanti e del settore energetico ha formato la Western States Hydrogen Alliance per premere per il rapido dispiegamento della tecnologia e delle infrastrutture a celle a combustibile a idrogeno per sostituire camion, autobus, locomotive e aerei diesel.

"Le celle a combustibile a idrogeno alimenteranno il futuro della mobilità a emissioni zero in questi settori pesanti e difficili da elettrificare", ha affermato Roxana Bekemohammadi, direttore esecutivo della Western States Hydrogen Alliance. “Questo fatto è indiscutibile. Questa nuova alleanza esiste per garantire che il governo e l'industria possano lavorare insieme in modo efficiente per accelerare l'avvento di questa rivoluzione ".

All'inizio di quest'anno, il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha annunciato un investimento di 100 milioni di dollari per aiutare a sviluppare elettrolizzatori grandi e convenienti e per creare nuove tecnologie di celle a combustibile per camion a lungo raggio.

In Australia, l'Università del New South Wales, in collaborazione con una società di ingegneria globale, GHD, ha creato un sistema domestico chiamato LAVO che utilizza l'energia solare per generare e immagazzinare idrogeno verde nei sistemi domestici. L'idrogeno viene riconvertito in elettricità secondo necessità.

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Tutti questi sviluppi, afferma Blank del Rocky Mountain Instiute, sono “davvero buone notizie. L'idrogeno verde ha un alto potenziale per affrontare molte delle cose che tengono sveglie le persone di notte perché il problema del cambiamento climatico sembra irrisolvibile ".