Idrogeno, energia pulita del futuro

• Idrogeno: cos'è e dove esiste in natura
• Come si produce l'idrogeno in laboratorio 
• Idrogeno verde: di cosa si tratta
• Il futuro dell'idrogeno nella transizione ecologica

 

Idrogeno: cos'è e dove esiste in natura

L'idrogeno è un elemento chimico con il simbolo H e il numero atomico 1: è il più leggero e abbondante nell'universo, dove si trova soprattutto nelle stelle e nei sistemi gassosi. Nella tavola periodica degli elementi è nella colonna chiamata "gruppo 1" e appartiene alla famiglia degli alcalini.

 

Dove si trova l'idrogeno in natura? Sotto forma di molecole di idrogeno (H2) è un gas infiammabile, inodore e incolore: nell’atmosfera terrestre è presente ma in una concentrazione molto bassa (una parte per milione), mentre sulla superficie terrestre e nel sottosuolo è rarissimo. Molto più consistente è la sua presenza sotto forma di acqua, dove è legato all'ossigeno (H2O).

 

L'idrogeno non è una fonte di energia diretta bensì un vettore energetico: ciò significa che immagazzina energia e ne consente il trasporto, la distribuzione e l'uso. Si parla dunque di energia secondaria, perché per produrlo serve energia primaria.

 

Una delle caratteristiche che lo rendono interessante è la sua densità energetica, cioè la quantità di energia che è in grado di immagazzinare. Nel caso dell’idrogeno, essa dipende dalla sua forma di stoccaggio:

• gas di idrogeno (H2): a temperatura ambiente e pressione atmosferica risulta piuttosto bassa, attestandosi sui 0,010 megajoule per litro (MJ/L);
• idrogeno liquido (LH2): è molto maggiore, pari a circa 8,5 MJ/L a -253 gradi Celsius, la sua temperatura di ebollizione;
• idrogeno legato a materiali: alcuni materiali di stoccaggio aumentano la densità energetica dell’idrogeno, ma si tratta di una tecnologia ancora in fase di sviluppo.

 

Come si produce l'idrogeno in laboratorio 

Nel concreto, come si fa a produrre idrogeno? Esistono diverse metodologie, ciascuna con un impatto ambientale più o meno ingente. A seconda del metodo di produzione usato, l’idrogeno viene classificato in:

• Idrogeno grigio o nero: è prodotto a partire dai combustibili fossili, attraverso il reforming del gas naturale (grigio) o la gassificazione del carbone (nero) e ha dunque un impatto rilevante in termini di emissioni di CO2.
• Idrogeno blu: è prodotto sempre da fonti fossili, ma con tecniche di cattura e stoccaggio (CCS) che impediscono che la CO2 venga rilasciata in atmosfera.
• Idrogeno verde: è prodotto dall’acqua tramite elettrolisi, cioè la “rottura” delle molecole (H2O) in idrogeno e ossigeno. È il metodo più sostenibile perché è alimentato dalle energie rinnovabili, come quella solare e quella eolica, che non comportano emissioni di CO2.
• Idrogeno rosa, rosso o viola: è prodotto sempre tramite elettrolisi, ma con un processo alimentato da energia nucleare. 

 

Idrogeno verde: di cosa si tratta

Come anticipato, l’idrogeno verde è prodotto per elettrolisi (cioè scissione della molecola d’acqua) alimentata dalle energie rinnovabili. È quindi una fonte di energia pulita, a cui le istituzioni, l’industria e il mondo della ricerca guardano con grande interesse, annoverandolo tra le soluzioni contro il riscaldamento globale.

 

Nel 2020 anche la Commissione europea ha adottato una strategia per l’idrogeno, in cui si propone di accelerare il suo sviluppo tra il 2020 e il 2050. Ad oggi, infatti, tale vettore energetico ha un ruolo marginale: nel 2022 rappresentava meno del 2% del consumo di energia dell’Unione, era generato prevalentemente con il gas naturale e veniva impiegato principalmente per produrre prodotti chimici.

 

La priorità delle istituzioni europee è quella di virare sull’idrogeno rinnovabile, producendone 10 milioni di tonnellate e importandone altrettante entro il 2030. La strategia prevede quindi una traiettoria graduale:

• la prima fase, fino al 2024, si concentra sulla diffusione iniziale nei pressi dei centri di domanda;
• la fase 2024-2030 si concentra sulla riduzione dei costi e sullo sviluppo delle infrastrutture;
• dal 2030 in poi è previsto che le tecnologie basate sull’idrogeno raggiungano la maturità, con una diffusione e una domanda su vasta scala.

 

Il futuro dell'idrogeno nella transizione ecologica

L’idrogeno, inteso come idrogeno verde, può avere un ruolo chiave nella transizione energetica. Più nel concreto, dunque, vediamo cosa si fa con l’idrogeno:

• Mobilità. Autobus, mezzi pesanti e auto a idrogeno, che utilizzano celle a combustibile, contribuiscono a ridurre le emissioni di gas serra nel settore dei trasporti perché, durante la combustione, emettono soltanto acqua e calore. Ma quanto costa un kg di idrogeno come combustibile? Attualmente il prezzo si aggira tra i 10 e i 12 euro al chilo.
• Stoccaggio di energia. Le energie rinnovabili sono per loro natura intermittenti: quando l’energia prodotta dal sole o dal vento è abbondante, dunque, si può produrre idrogeno tramite elettrolisi, per poi conservarlo (stoccaggio) e tenerlo da parte come riserva per le fasi in cui la produzione è più scarna.
• Industria. L'idrogeno è un input chiave in diversi processi industriali, come la produzione di ammoniaca e la raffinazione del petrolio. Sostituire quello prodotto da fonti fossili con l’idrogeno verde può dunque abbattere le emissioni di CO2 in questi settori.
• Elettricità e cogenerazione. Le celle a combustibile a idrogeno possono essere utilizzate per generare elettricità e calore in modo efficiente. Queste celle possono essere impiegate sia in applicazioni stazionarie, come sistemi di alimentazione di emergenza, che in sistemi di cogenerazione, come le caldaie a idrogeno che producono simultaneamente elettricità e calore per applicazioni industriali o residenziali.