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Per raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione e rispondere alla crisi climatica, al mondo nei prossimi decenni, servirà tanto, tanto idrogeno. Di preciso, 565 milioni di tonnellate all’anno. Per produrne solo la metà, servirebbe un campo fotovoltaico di 30mila metri quadrati: quanto il Belgio.

L’idrogeno sarà cruciale per raggiungere l’obiettivo di mantenere l’aumento della temperatura globale entro il limite di 1,5°C (che diventa sempre più difficile da raggiungere).

Il motivo? Alla transizione energetica serve un vettore che permetta di immagazzinare l’energia prodotta con le rinnovabili. In questo caso parliamo di idrogeno ‘verde’, ancora in ritardo rispetto ai cugini più inquinanti, come l’idrogeno ‘blu’. Questo vettore deve poi diventare combustibile per i settori con emissioni chiamate ‘hard to abate’: i trasporti aerei, il settore navale, quello siderurgico.

Secondo l’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA), per azzerare le emissioni entro il 2050, i combustibili basati sull’idrogeno estratto con fonti rinnovabili dovranno alimentare fra il 10 e il 12% del consumo di energia globale.

Il problema è che produrli non è semplice.

Secondo Boston Consulting Group, una strategia da seguire c’è: la illustra nel report How to Meet the Coming Demand for Hydrogen, dove esamina come sviluppare un’offerta all’altezza della futura, enorme, domanda di idrogeno.

Va tenuto in mente che secondo la società di consulenza vanno considerati anche i derivati dell’idrogeno. Secondo Andrea Siri, Project Leader di BCG, ci sarà bisogno di “una combinazione di combustibili a basse emissioni, fra cui l’idrogeno e suoi derivati come l’ammoniaca, il metanolo e il kerosene – i cosiddetti Power-to-X (P2X)”.

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Grafico di Bcg riguardante lo scenario dei 2 gradi centigradi: per centrare questo obiettivo di riscaldamento climatico, servirà una percentuale sempre maggiore di idrogeno ‘verde’, cioè basato su rinnovabili.

Per mantenere il riscaldamento globale entro i 2°C (altro obiettivo chiave per la lotta al cambiamento climatico, nel caso fallissimo nel rispettare la soglia da 1,5) occorreranno 380 milioni di tonnellate all’anno di idrogeno a basse emissioni e di suoi derivati. Ne serviranno addirittura 565 milioni di tonnellate per limitare l’incremento della temperatura a 1,5°C.

Secondo Bcg, questi obiettivi di produzione saranno raggiunti solo utilizzando più tecnologie estrattive, calibrate Paese per Paese a seconda delle fonti energetiche disponibili e del grado di sviluppo delle infrastrutture.

Bcg invita a considerare l’idrogeno blu, che per metodo estrattivo è più inquinante dell’idrogeno verde prodotto con le rinnovabili: si tratta dell’idrogeno prodotto dal gas naturale tramite l’utilizzo di sistemi di cattura e stoccaggio dell’anidride carbonica emessa nel processo. Ci si riferisce spesso a questi processi come CCS o CCUS, Carbon capture usage and storage.

Secondo il report questa tecnologia sarà indispensabile per soddisfare la futura domanda di idrogeno, ma il suo sviluppo dipenderà in parte dalla disponibilità dei governi ad accumulare Co2 sottoterra.

Poi, appunto, c’è l’idrogeno verde, dal quale si producono i combustibili P2X:

  • L’ammoniaca verde è ottenuta dalla sintesi di idrogeno e azoto. Ha una densità energetica superiore all’idrogeno, cosa che ne agevola il trasporto e la vendita, ma la sua capacità di sostituire i combustibili fossili è limitata.
  • Il metanolo verde si ottiene combinando idrogeno e anidride carbonica sostenibile: ha un’elevata capacità di sostituzione ma la sua competitività dipende dai costi della Co2 verde.
  • Gli idrocarburi verdi sono perfettamente intercambiabili con i combustibili tradizionali rispetto ai quali restano tuttavia più costosi.

La sfida per l’Europa

“Soddisfare la prossima domanda di idrogeno non sarà semplice – continua Siri – I governi dovranno rendere i combustibili verdi economicamente competitivi con quelli tradizionali, applicando meccanismi a copertura del green premium. Occorrerà inoltre assicurarsi forniture sufficienti soprattutto di energia elettrica rinnovabile, oggi riservata in gran parte all’elettrificazione diretta”.

La quantità di P2X necessaria a limitare il riscaldamento globale a 2°C o 1,5°C richiederà di aumentare entro il 2030 la produzione di rinnovabili del 12% o del 30% rispetto alle attuali proiezioni. La sfida sarà particolarmente impegnativa per l’Unione europea:

  • Se deciderà di tagliare la dipendenza dal gas russo, entro il 2030 l’Ue dovrà estrarre 10 milioni di tonnellate all’anno di idrogeno verde localmente e importarne altrettante.
  • Questo, a sua volta, esigerà fra 100 e 125 gigawatt (GW) di energia solare e fra 80 e 100 GW di energia eolica, con un aumento del 30% della capacità produttiva rispetto agli obiettivi fissati da Bruxelles prima della guerra in Ucraina.

Secondo Bcg urge perciò accelerare con procedure straordinarie e sussidi i tempi di sviluppo dei progetti fotovoltaici ed eolici che oggi fra piani, permessi e costruzione possono raggiungere i sei anni.

Secondo il report di Bcg, per produrre la quantità di idrogeno necessaria per combattere la crisi climatica servirà una ‘capacity’ di produzione di energia rinnovabile molto maggiore.

Non è un caso se nei giorni scorsi la Commissione Europea ha dato il suo via libera a 5,4 mld di euro di aiuti pubblici da parte di 15 Stati membri, tra cui l’Italia, per sostenere un progetto di ricerca, innovazione e produzione industriale nella filiera dell’idrogeno, l’Ipcei Hy2Tech.

Gli Stati (Austria, Belgio, Repubblica Ceca, Danimarca, Estonia, Finlandia, Francia, Germania, Grecia, Italia, Olanda, Polonia, Portogallo, Slovacchia e Spagna) forniranno fondi pubblici, che dovrebbero attrarre investimenti privati per 8,8 mld di euro.

Nell’ambito dell’Ipcei, 35 imprese attive in uno o più Stati membri, incluse piccole e medie imprese e start-up, parteciperanno a 41 progetti. L’Ipcei coprirà gran parte della catena del valore dell’idrogeno, compresa la generazione dell’idrogeno, le celle combustibile, lo stoccaggio, il trasporto e la distribuzione dell’idrogeno, le applicazioni per l’utente finale, specialmente nel settore della mobilità.

La Commissione prevede che il progetto possa sviluppare importanti progressi tecnologici, inclusi nuovi materiali altamente efficienti, celle combustibili più performanti, tecnologie di trasporto innovative. Il progetto dovrebbe creare circa 20mila posti di lavoro diretti.

Il Vicepresidente della Commissione Europa Margrethe Vestager durante la conferenza stampa di presentazione dell’iniziativa europea sull’idrogeno – EPA/STEPHANIE LECOCQ

Le tecnologie

Il report Bcg ricorda che per produrre metà dei 565 milioni di tonnellate di idrogeno e derivati servirebbe un campo fotovoltaico di 30 mila metri quadrati, della dimensione all’incirca del Belgio. Solo il 20% della superficie terrestre è poi adatta a produrre energia solare a un costo inferiore ai 30 dollari per megawattora, competitivo quindi con i combustibili fossili. Il 75% di questa terra si trova in Sudamerica, Medioriente e Africa, candidati a diventare mega-hub per l’estrazione ed esportazione dell’idrogeno.

Moduli fotovoltaici galleggianti in mare potranno poi ridurre il consumo di suolo, aumentando anche fra il 5 e il 10% l’efficienza grazie al naturale potere refrigerante dell’acqua. Al largo delle coste ci sarà anche spazio per turbine eoliche galleggianti, capaci di generare dal 10 al 20% in più rispetto alle equivalenti terresti.

Altro idrogeno, secondo Bcg, potrà poi essere prodotto con energia nucleare, con biomasse o estratto dai giacimenti scoperti in Brasile, Stati Uniti, Canada e Australia.

Qualunque forma assuma, tuttavia, questo idrogeno andrà poi trasportato dove è richiesto.

Il problema del commercio di idrogeno e il report dell’Irena

Uno studio realizzato da Bcg per la Germania e i Paesi scandinavi mostra che lo sviluppo di reti gas ed energetiche efficienti e capillari assorbirà fra il 25 e il 35% degli investimenti complessivamente stanziati per azzerare le emissioni. Sono già allo studio diverse tecnologie per trasportare l’idrogeno in maniera sicura ed economica per lunghe distanze. La loro messa in opera necessiterà di ulteriori sviluppi e della disponibilità delle materie prime, in special modo delle terre rare.

L’Agenzia internazionale per le energie rinnovabili, l’Irena, ha dedicato di recente un report proprio a questo tema: sarà fondamentale che si sviluppi un commercio internazionale d’idrogeno. Bisognerà abbattere i costi di produzione e scambio di idrogeno verde per compensare i costi di trasporto.

Secondo l’Irena l’idrogeno presenta un grande vantaggio rispetto al petrolio: la maggior parte (il 75%) può essere prodotto e consumato internamente (mentre la maggior parte del petrolio che utilizziamo nel mondo viene dagli scambi internazionali.

Resta però un 25% di idrogeno che non proverrà dalla produzione interna, ma dal commercio internazionale, attraverso gasdotti e navi.

“Avere accesso a abbondanti fonti rinnovabili non sarà sufficiente per vincere la corsa all’idrogeno, è anche necessario sviluppare il commercio dell’idrogeno”, ha affermato il direttore generale dell’IRENA Francesco La Camera. “È vero che il commercio dell’idrogeno offre molteplici opportunità, dalla decarbonizzazione dell’industria alla diversificazione delle forniture e al miglioramento della sicurezza energetica. Gli importatori di energia possono diventare gli esportatori del futuro”.

Secondo La Camera “un mix di innovazione, supporto politico e scalabilità può portare alla necessaria riduzione dei costi e creare un mercato globale dell’idrogeno. La possibilità di realizzare i potenziali commerciali dipenderà fortemente dalle politiche e dalle priorità di investimento dei paesi e dalla capacità di decarbonizzare i propri sistemi energetici’.

Secondo il World Energy Transitions Outlook di Irena, l’idrogeno verde dovrà coprire il 12% della domanda globale di energia per ridurre del 10% le emissioni di CO2 entro il 2050.

Secondo lo scenario studiato da Irena, metà dell’idrogeno verrebbe scambiato
attraverso gasdotti in gran parte esistenti e riadattati, riducendo drasticamente i costi di trasporto. Il trasporto di ammoniaca verde rappresenterebbe la maggior parte dell’altra metà, in gran parte il commercio di idrogeno intercontinentale.

Man mano che l’idrogeno diventa una merce sempre più scambiata a livello internazionale, il settore dell’idrogeno attirerà somme crescenti di investimenti. Soddisfare la domanda globale richiederà investimenti per quasi 4 trilioni di dollari entro il 2050.

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Un impianto di compressione dell’idrogeno nell’Industriepark Höchst di Hessen, in Germania. Verrà usato per il rifornimento di treni a idrogeno. Photo: Boris Roessler/dpa

 

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