L'idrogeno potrebbe essere un ponte vitale nella transizione verso le rinnovabili, ma servono investimenti, visione e impegno
A prima vista, non c'è niente di insolito nel treno. Seduto sul binario della stazione di Spandau, alla periferia di Berlino, sembra più o meno lo stesso di tutti gli altri. Ma non fatevi ingannare, perché questo treno, prodotto dal gruppo francese Alstom, è davvero molto speciale. Non funziona con elettricità o diesel, ma con quello che molti pensano sia il carburante del futuro: l'idrogeno. In effetti, è una specie di treno da record: solo poche settimane prima ha percorso più di mille chilometri con un solo serbatoio di idrogeno. Per viaggiare, però, sembra proprio come qualsiasi altra locomotiva regionale.
Non c'è rumore del motore, nessun odore di gasolio mentre si allontana. Sembra molto simile a uno degli innumerevoli altri treni elettrici che trovi in giro per l'Europa. Il che fa sorgere la domanda: qual è lo scopo di un treno a idrogeno? La risposta breve è che non tutte le parti della rete ferroviaria sono elettrificate. In Germania, circa il 40% dei binari non è collegato alla corrente. Nel Regno Unito la proporzione è ancora più alta: circa il 60%. Al momento, i treni che circolano su quelle linee tendono a utilizzare l'alimentazione diesel, il che ovviamente significa emissioni di carbonio. E poiché collegare quei binari all'elettricità sarebbe incredibilmente costoso, l'idrogeno è visto come una delle opzioni più convincenti per eliminare le emissioni dal trasporto ferroviario.
Il modo in cui produci l'idrogeno è importante
E questo ci porta alla prima cosa che dovete sapere sull'idrogeno. È un elemento meraviglioso: incredibilmente utile per le sue proprietà chimiche, ma anche in grado di essere utilizzato come combustibile. Può essere bruciato più o meno allo stesso modo in cui viene bruciato il gas naturale e può essere attivato attraverso una cella a combustibile, dove si comporta un po' come una batteria.
Ma, cosa ancora più importante, l'idrogeno può essere creato senza emissioni di carbonio. Dico "può", perché in realtà ci sono tantissimi modi per produrre idrogeno, alcuni dei quali sono puliti e altri molto meno.
Gli appassionati di idrogeno hanno escogitato una tavolozza di colori per descrivere i vari metodi utilizzati per realizzarlo, il che da un lato è abbastanza assurdo considerando che l'idrogeno stesso è un gas incolore; ma almeno mette in evidenza che ci sono molte strade diverse per realizzarlo.
Il modo principale in cui viene prodotto l'idrogeno oggi (non c'è niente di particolarmente nuovo nel gas, anche se ultimamente tutti ne parlano molto di più) è dal gas naturale, il metano che estraiamo dal terreno e indirizziamo nelle nostre caldaie. Rimuovete l'atomo di carbonio dal metano attraverso un processo chiamato "steam reforming" e vi rimane l'idrogeno gassoso. Questo - l'idrogeno grigio, come viene chiamato - è qualcosa che viene già prodotto su larga scala nelle raffinerie e negli impianti di tutto il mondo. L'idrogeno viene utilizzato come materia prima per tutti i tipi di processi chimici, ci aiuta a produrre plastica e altri prodotti petrolchimici, ma probabilmente la sua funzione più importante è nella produzione di fertilizzanti. Senza tutte quelle molecole di idrogeno grigio prodotte e trasformate in ammoniaca negli ultimi decenni, milioni di noi sarebbero morti di fame. Quindi l'idrogeno è già una grossa questione.
Il problema, come avrete notato, è che l'idrogeno grigio comporta molte emissioni di carbonio. Ora, una soluzione a questo è cercare di catturare quelle emissioni di carbonio dal camino e immagazzinare la CO2 nel sottosuolo. Facendolo si avrà una forma di idrogeno a basso tenore di carbonio (non si può catturare ogni singolo atomo di carbonio), comunemente nota come idrogeno blu. La tavolozza dei colori cresce da lì in poi. C'è l’idrogeno nero (prodotto dal carbone), l’idrogeno rosa (prodotto dall'energia nucleare), l’idrogeno turchese (prodotto dalla pirolisi del metano) e così via. Ma il Santo Graal dell'idrogeno in questi tempi è "idrogeno verde". L'idrogeno verde si ottiene facendo passare l'acqua attraverso una cella di elettrolisi, alimentata con elettricità generata da una fonte rinnovabile, sia essa eolica, solare o idroelettrica. L'elettricità spezza gli atomi di idrogeno dagli atomi di ossigeno nell'acqua, creando gas idrogeno su un elettrodo e ossigeno sull'altro. Voilà, avete una fonte di idrogeno davvero verde.
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L'idrogeno più pulito è più costoso da produrre
Ora, non c'è niente di particolarmente nuovo nell'elettrolisi. La usiamo per creare importanti sostanze chimiche in questo Paese e altrove da più di un secolo. Non c'è infatti nulla di nuovo nell'idea di utilizzare l'idrogeno come combustibile del futuro. Le persone guidano prototipi di auto a idrogeno da decenni; parlano di questo carburante che cambia il mondo da ancora più a lungo. Ma non è ancora successo. Come mai? Bene, questo ci porta alla seconda cosa che dovete sapere sull'idrogeno: è davvero piuttosto costoso da produrre, almeno nella sua forma verde.
Così torniamo alla termodinamica. Il gas idrogeno non esiste in forma naturale. A differenza del gas naturale o del petrolio, non è un combustibile che la natura ci ha fornito. Il motivo per cui abbiamo tutti quei diversi colori di idrogeno è che dobbiamo produrlo e ci sono tutti i modi per farlo. Ma le leggi della termodinamica sono tali che per produrre idrogeno è necessario immettere più energia di quella che si può ottenere bruciando il gas.
E la quantità di energia che devi inserire aumenta più è verde il tipo di idrogeno. Bisogna considerare che produrre un chilogrammo di idrogeno grigio costa circa 1 dollaro, o almeno prima che i prezzi del gas salissero a livelli straordinari. Fare un chilo di idrogeno verde, invece, costa circa 5 dollari.
Vale la pena riflettere un momento. Molti dei suoi sostenitori suggeriscono che l'idrogeno è la soluzione più ovvia per il riscaldamento degli ambienti. La maggior parte delle case del Regno Unito ha attualmente caldaie a gas.
Lo smantellamento di interi impianti di radiatori e la loro sostituzione con pompe di calore ad aria, alimentate da energia elettrica, comporteranno notevoli costi per la ristrutturazione della casa; alcune case dovranno essere meglio isolate. A livello intuitivo, sembra intelligente mantenere i radiatori esistenti e passarli all'idrogeno, giusto?
Solo che: a) L'idrogeno è costoso, molti multipli in più del gas naturale. E b) poiché è una molecola così piccola, è molto più soggetta a perdite rispetto al metano, il che significa che le case sono significativamente più vulnerabili alle esplosioni (l'idrogeno è anche estremamente combustibile). L'infrastruttura del gas del Paese dovrebbe essere rinnovata - un’attività incredibilmente costosa - e tutto questo presuppone che le persone vogliano pagare il costo di gestione dell'idrogeno stesso.
Vedete il problema qui? In teoria, ci sono molti casi d'uso per l'idrogeno, ma in pratica ci sono molte aree in cui non è scontato che l'idrogeno sia la risposta. Il riscaldamento è una di queste aree: le pompe di calore migliorano di anno in anno e lo slancio sembra spostarsi verso di esse. Qualcosa di simile è già successo con le auto. Negli anni '70 e '80, molti vedevano l'idrogeno come la risposta per rendere ecologiche le automobili. Jack Nicholson ha entusiasmato gli spettatori negli anni '70 con un'auto alimentata da quello che oggi chiameremmo "idrogeno verde" (ve l’avevo detto che niente di tutto questo è molto nuovo). Ma nel periodo intermedio, la tecnologia delle batterie è migliorata così drasticamente che la maggior parte degli esperti ora concorda sul fatto che le batterie hanno vinto quella gara.
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Solo perché l'idrogeno può essere utilizzato, deve essere utilizzato?
Questo ci porta alla terza cosa che dovete sapere sull'idrogeno. C'è un sacco di clamore su questo gas, ma mentre potrebbe essere utilizzato in tutti i tipi di applicazioni, non è del tutto chiaro in quali di queste dovrebbe essere usato. Le auto a idrogeno funzionano alla grande, ma sono più costose delle loro controparti elettriche a batteria e hanno un'autonomia più o meno simile. Ovviamente è molto più veloce rifornire di carburante un'auto a idrogeno che caricare una batteria, ma questo presuppone che tu possa trovare una stazione di rifornimento di idrogeno. Non ce ne sono molte - molto, molto meno dei punti di ricarica della batteria (per non parlare delle semplici spine a tre pin). Secondo Meredith Annex, responsabile del riscaldamento e dell'idrogeno presso BloombergNEF - specializzato nella ricerca energetica - ci sono alcuni luoghi ovvi in cui l'idrogeno sarà fondamentale, a cominciare da quelle aree in cui è già utilizzato - ad esempio, nella produzione di fertilizzanti e come materia prima chimica. Quasi certamente giocherà un ruolo nella produzione di acciaio verde, dove potrebbe essere anche più economico di alcuni degli altiforni odierni. "E poi inizi a guardare a cose come il carburante per le spedizioni, dove pare probabile che l'ammoniaca e il metanolo, entrambi prodotti dall'idrogeno, sembrino entrambe ottime soluzioni", afferma. "E poi arrivi alle aree in cui il giudizio è ancora incerto. Quelle cose come la produzione di energia, il carburante per aerei, dove ci sono molte tecnologie concorrenti". E, a quanto pare, questa fattispecie comprende anche i treni, il che ci riporta a quella locomotiva Alstom a Berlino. Perché usare un treno a idrogeno invece di, diciamo, un treno a batteria? La risposta breve è che le batterie sono molto pesanti e ingombranti. Se vuoi un treno alimentato a batteria per coprire 1.000 chilometri, come ha fatto questo treno di recente, avresti bisogno di così tante batterie accatastate all'interno del treno che non ci sarebbe abbastanza spazio per i passeggeri. Quindi i treni a batteria potrebbero avere senso per linee rurali di 100 chilometri circa, ma per viaggi più lunghi c'è un’argomentazione più forte per l'idrogeno.
Ma il problema è che tutto questo rimane in qualche modo fantasioso finché non si hanno le infrastrutture necessarie: i tubi e i terminali per riempire quei serbatoi di idrogeno, per non parlare delle strutture stesse che possono produrre l'idrogeno. La Germania è uno dei Paesi più attivi in Europa su questo fronte. Questi treni a idrogeno circolano già nel nord del Paese (anche se alimentati da idrogeno grigio piuttosto che da roba verde). Il Regno Unito, d'altra parte, non ha treni a idrogeno né strutture su cui farli funzionare, qualunque sia il colore dell'idrogeno.
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L'idrogeno ha bisogno di grandi investimenti e la strategia del Regno Unito è incerta
Questo ci porta alla quarta cosa che devi sapere sull'idrogeno: non avverrà senza un significativo intervento del governo. Quell'intervento potrebbe significare stabilire un prezzo per il carbonio, potrebbe significare fornire l'infrastruttura - la rete nazionale per l'idrogeno (una cosa non banale, dato che non puoi farlo funzionare nella maggior parte dei gasdotti esistenti). Significa essere più chiari se vuoi che le case siano riscaldate con idrogeno o con pompe di calore.
Eppure, finora nessuno ha del tutto chiaro dove si trovi il governo del Regno Unito (questo o gli ultimi due) rispetto all'idrogeno. Ci sono stati documenti su una strategia per l'idrogeno, ma la maggior parte di essi è sembrata più un esercizio di pensiero che un chiaro segnale di una direzione di marcia.
Pochi soldi sono stati stanziati per il settore e il caos costante a Westminster negli ultimi anni ha solo aggravato l'incertezza. Leggete uno di quei documenti e vedrete che il Regno Unito è pronto per essere un "leader mondiale nella produzione e nell'uso di idrogeno a basse emissioni di carbonio".
E ci sono molte ragioni per essere ottimisti riguardo al Regno Unito. Abbiamo un'abbondante capacità di energia rinnovabile in arrivo nel Mare del Nord. Abbiamo decenni di esperienza nel lavoro con i combustibili e nella progettazione dei progetti necessari per produrre idrogeno. Eppure, il Regno Unito è, più che un leader, semmai un ritardatario in questa corsa.
Sembra anche aver scelto il cavallo sbagliato nella corsa, indirizzando gran parte del suo investimento in "idrogeno blu" - il tipo che si ottiene dal gas naturale, spazzando via il carbonio in eccesso - invece che in idrogeno verde.
Sembrava una mossa prudente quando l'idrogeno blu era notevolmente più economico del verde, ma oggi, con i prezzi del gas così alti, l'idrogeno verde sembra competitivo in termini di costi rispetto al blu: un cambiamento sorprendente. Come si adatterà il Regno Unito a questo panorama in evoluzione? La risposta breve è che nessuno ne ha la più pallida idea; ci sono stati così tanti cambiamenti nella strategia, per non parlare del personale al governo, che non è più particolarmente chiaro.
Questo sta causando frustrazione tra le aziende che stanno gareggiando per far parte dell'economia dell'idrogeno. Inovyn, una parte di Ineos che produce sostanze chimiche dalla sua base di Runcorn, utilizza da tempo l'elettrolisi per produrre cloro e idrogeno.
Le sue celle sono attualmente collegate alla rete nazionale, ma se fossero alimentate da vento o solare, l'idrogeno prodotto sarebbe idrogeno verde. L'azienda ha esperienza nella produzione di tali celle e potrebbe produrle per i mercati di tutto il mondo, ma la mancanza di un mercato nel Regno Unito rappresenta una sfida.
ITM Power, una società con sede a Sheffield, è tra i leader mondiali in un tipo leggermente diverso di cella di elettrolisi (membrane a scambio protonico, anziché le celle alcaline che Inovyn utilizza a Runcorn). Vendono già le loro unità in tutta Europa, anche a un progetto Shell a Colonia che promette di essere il più grande sito di idrogeno verde del continente. Che queste cellule stiano attraversando la Manica non è irrilevante.
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La Cina sta dominando la gara
La realtà è che la Gran Bretagna è già in ritardo nella corsa alla creazione di un'industria europea delle batterie. C'è il rischio che finisca per perdere anche la corsa per creare un'industria dell'idrogeno. In ogni caso, la corsa globale è già comandata dalla Cina, che è dominante in quasi tutti i nodi della catena di approvvigionamento dell'idrogeno, proprio come lo è per l'energia solare e in prospettiva per le batterie. La Gran Bretagna, con il suo atteggiamento equivoco nei confronti della strategia industriale, attualmente è un cavallo perdente. Dato che ci sono ancora così tanti punti interrogativi sui casi d'uso dell'idrogeno, forse vi state chiedendo: chi se ne frega? C'è davvero così tanto da guadagnare investendo in qualcosa che potrebbe finire per essere un'altra bolla? La risposta breve è che mentre c'è sicuramente molta confusione nel settore dell'idrogeno, c'è anche un grande motivo convincente per cui questa volta potrebbe essere diverso per l’H2.
Se vogliamo eliminare del tutto le emissioni di carbonio, ciò significa eliminare o ridurre seriamente tutte le fonti di inquinamento. Quindi avremo ancora bisogno di un modo per produrre fertilizzanti che non implichi la combustione di gas naturale. Ciò significa idrogeno. Se produciamo acciaio senza bruciare carbone, ciò significherà quasi sicuramente utilizzare invece l'idrogeno. Se vogliamo produrre determinati prodotti petrolchimici critici - il genere di cose senza le quali siamo tutti in grossi guai - abbiamo bisogno dell'idrogeno. Ma, soprattutto, se vogliamo avere energia verde, allora avremo bisogno di molto, molto idrogeno.
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La killer app dell'idrogeno
E questa, in definitiva, è la killer app per questo carburante. L'energia rinnovabile è intrinsecamente intermittente. Il sole splende solo per tante ore al giorno; il vento non soffia tutti i giorni. Quindi abbiamo bisogno di una sorta di riserva per conservare l’energia per quei momenti in cui non è generata dalle rinnovabili. Al momento, tale riserva è fornita dal gas naturale e (in misura minore) dal nucleare. Abbiamo alcuni serbatoi a pompaggio che possono immagazzinare un po' di energia, ma non più di tanto.
E visto che le batterie possono immagazzinare determinate quantità di energia, avremmo bisogno di un numero sbalorditivo di esse per garantire i Terawatt di stoccaggio necessari per mantenere la rete rifornita per ore o giorni.
Quindi è qui che entra in gioco l'idrogeno. Quando il vento soffia forte, inviamo quell'energia alle celle di elettrolisi dove si crea molto, molto idrogeno, che poi funge da mastodontica batteria nazionale: quando abbiamo bisogno di energia di riserva, lo bruciamo in centrali elettriche o lo inseriamo nelle celle a combustibile. Strizzate un po’ gli occhi e potete immaginare un futuro in cui, con abbastanza turbine eoliche e abbastanza impianti di idrogeno verde, la Gran Bretagna (e del resto il mondo) potrebbe avere un sistema elettrico veramente verde. Eppure, arrivarci richiederà un enorme investimento. Ci vorrà visione e impegno. Nessuna di queste cose è in quantità illimitata a Whitehall in questo momento. Ecco perché, attualmente, devi viaggiare molto più lontano per trovare nuovi entusiasmanti progetti di idrogeno.
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Qui l'articolo pubblicato su SkyNews.com
