Sintesi
Uno dei principali ostacoli alla transizione dai combustibili fossili ad altre forme di energia è lo stoccaggio dell’energia generata da fonti rinnovabili. L’energia pulita, come quella eolica o solare, deve poter essere immagazzinata in modo sicuro per ovviare a un’offerta intermittente. L’idrogeno potrebbe rappresentare una soluzione percorribile, motivo per cui si sta assistendo a un’ondata di innovazione tecnologica in questo ambito.
In Sintesi:
- L’idrogeno, che può essere prodotto tramite l’elettrolisi dell’acqua, è destinato a rivestire un ruolo cruciale nell’eliminazione dell’attuale dipendenza mondiale dai combustibili fossili
- La generazione di energia da fonti rinnovabili è intermittente dal momento che dipende dalle condizioni atmosferiche, e la particolare composizione chimica dell’idrogeno agevola lo stoccaggio di questo tipo di energia
- Benché vi siano ancora numerosi ostacoli alla diffusione dell’idrogeno su larga scala, compresa la questione dell’efficienza, la tecnologia basata sull’idrogeno potrebbe presentare interessanti opportunità di investimento
A dicembre 2019, a Kobe (Giappone) è stata varata la prima nave per il trasporto dell’idrogeno liquido. La “Suiso Frontier” è in grado di stivare fino a 1.250 m3 di idrogeno, circa metà del volume di una piscina olimpionica, a -253°C. Sebbene la notizia sia passata quasi inosservata, si tratta di un traguardo importante, poiché segna l’inizio di una fase essenziale della transizione dai combustibili fossili a un’economia carbon free.
Perché? Perché l’idrogeno possiede le proprietà chimiche adatte a stoccare l’energia di cui non vi è immediata necessità. Sganciare la produzione dal consumo è una delle grandi sfide dell’energia verde, come l'eolico e il solare. Vento e sole sono fonti di energia intermittenti, poiché dipendono dalle condizioni meteorologiche. Dato che non è possibile generare un flusso continuo di elettricità da tali fonti, occorre “mettere da parte” l’energia prodotta per utilizzarla in un secondo momento. E l’idrogeno può rappresentare una soluzione di stoccaggio.
Lo stoccaggio energetico è in linea con diversi Obiettivi di sviluppo sostenibile dell’ONU
Come funziona
L’idrogeno viene prodotto tramite l’elettrolisi dell’acqua, che separa l’idrogeno dall’ossigeno. L’acqua è un’eccellente “materia prima” poiché di norma è immediatamente disponibile e non inquina. Inoltre, si può ricavare idrogeno dall’acqua in modo “pulito” utilizzando energia priva di carbonio generata dal vento, dal sole o da altre fonti rinnovabili. Quindi, quando serve energia pulita l’idrogeno può essere trasformato in elettricità tramite pile a combustibile o turbine. Si tratta di un processo molto simile a quello adottato per il gas naturale per la generazione di elettricità, il riscaldamento e altre applicazioni industriali.
L’idrogeno può dunque rappresentare una soluzione a uno dei maggiori problemi della “transizione energetica”, per un’economia finalmente svincolata dai combustibili fossili:
- L’idrogeno è in grado di offrire energia pulita a settori inquinanti come quelli del cemento e dell’acciaio, ancora dipendenti in larga misura dai combustibili fossili poiché necessitano di ingenti quantità di energia, difficili da reperire da fonti a basse emissioni di carbonio.
- Le energie rinnovabili purtroppo tendono a mettere in crisi le reti elettriche esistenti, pensate per metodi di generazione sicuri e prevedibili. L’idrogeno può essere utilizzato per stoccare energia nei periodi di produzione elevata e favorire così l’aumento della percentuale di energia verde sul totale.
- L’idrogeno, al pari dei combustibili fossili come il gas naturale, è altamente infiammabile. Ne consegue che anche le infrastrutture e la tecnologia necessarie per gestirlo (condutture e stazioni di ricarica) non sono molto diverse da quelle già in uso, un dato di fatto che dovrebbe agevolare l’impiego dell’idrogeno su larga scala.
L’altra faccia della medaglia
L’idrogeno presenta molti vantaggi, ma anche alcuni inconvenienti non trascurabili:
- Deve essere trasportato ad alta pressione e a temperature bassissime, e l’energia necessaria per il raffreddamento ne riduce inevitabilmente la convenienza.
- Alcuni anelli della catena del valore dell’idrogeno sono inefficienti. Ad esempio, nella fase di produzione tramite elettrolisi dell’acqua solo l’80% dell’elettricità impiegata viene trasformata in idrogeno. Il resto va perso per riscaldamento o attrito.
- Anche il consumo di idrogeno può risultare inefficiente. Il processo di generazione di elettricità dall’idrogeno tramite celle a combustibile ha un’efficienza energetica del 60% circa . Percentuale che si riduce addirittura al 29% se si utilizzano le turbine2. A titolo di paragone, una batteria agli ioni di litio presenta un’efficienza energetica pari all’80% circa per 10 anni3.
L’idrogeno, un tassello fondamentale
L’idrogeno non rappresenta quindi una soluzione perfetta per lo stoccaggio dell’energia. Le batterie possono essere molto più efficienti, è vero, tuttavia hanno una capacità limitata. L’idrogeno invece consente di immagazzinare quantità di energia maggiori a costi nettamente inferiori, motivo per cui risulta più idoneo all’impiego in parchi eolici o in applicazioni sulla rete.
Non si tratta comunque di una soluzione che esclude altre possibilità. Per una vera transizione energetica potrebbero essere necessarie più tecnologie di conservazione, comprese batterie e idrogeno. E nessuna soluzione di stoccaggio contribuirà a ridurre le emissioni di carbonio finché la generazione di energia continuerà a dipendere dai combustibili fossili. Detto ciò, sistemi di stoccaggio più efficienti possono accelerare la diffusione delle energie rinnovabili. Attualmente carbone, gas e nucleare dominano ancora il mix energetico (cfr. grafico). Per ridurre significativamente le emissioni di carbonio occorre una percentuale molto più elevata di energia generata da fonti rinnovabili.
L’Agenzia internazionale per le energie rinnovabili stima che, per contenere l’aumento della temperatura mondiale sotto i 2°C entro il 2050, sia necessario triplicare la capacità installata per l’eolico onshore e decuplicare quella per l’eolico offshore nei prossimi 10 anni4. In assenza di tecnologie di stoccaggio come quella basata sull’idrogeno, una simile crescita delle energie rinnovabili non avrebbe alcun senso e potrebbe anzi compromettere le reti elettriche mondiali.
Per contrastare efficacemente il cambiamento climatico, dobbiamo modificare il mix energetico
Fonte: IE, Bloomberg NEF.
Ecco perché la nave “Suiso Frontier” potrebbe davvero rappresentare il primo passo verso un’economia dell’idrogeno e innescare un boom senza precedenti delle energie rinnovabili nei prossimi decenni. Il Giappone potrebbe essere tra i leader dello sviluppo delle nuove tecnologie basate sull’idrogeno. Il Paese che ha dato i natali a questa nave rivoluzionaria sembra determinato a sfoggiare tutta la sua maestria nell’impiego dell’idrogeno, anche ai prossimi Giochi Olimpici del 2021: la torcia olimpica sarà infatti alimentata a idrogeno. Al contempo, la prima fase della strategia dell’Unione Europea sull’idrogeno richiede l’installazione di impianti di elettrolisi per la produzione di idrogeno rinnovabile per almeno 6 giga watt e la produzione di circa un milione di tonnellate di idrogeno rinnovabile entro il 2024. L’UE prevede l’impiego su larga scala di tecnologie a base di idrogeno rinnovabile in tutti i settori che meno si prestano alla decarbonizzazione entro il 2050.
Chiaramente, pur essendo solo una tappa di un percorso ben più complesso verso la transizione energetica, l’idrogeno è già in grado di offrire interessanti opportunità di investimento.
David Finger
Senior Portfolio Manager, Global Thematic Equity
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Gli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile delle Nazioni Unite Gli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile (Sustainable Development Goals o SDG) dell’ONU comprendono 17 obiettivi, da conseguire in 15 anni, concordati fra tutti gli Stati Membri delle Nazioni Unite nel 2015 nell’ambito dell’ Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile. Gli SDG si basano su esigenze fondamentali dell’uomo, fra cui istruzione, salute, tutela sociale e opportunità di lavoro, senza dimenticare il cambiamento climatico e la tutela dell’ambiente. Questi obiettivi definiscono un quadro di riferimento per la promozione della crescita e la salvaguardi del pianeta, allo scopo di costruire un futuro migliore e più sostenibile per tutti. |
Approfondimenti sugli SDG
1 Dipartmento statunitense dell’Energia, Ufficio tecnologie delle celle a combustibile, Fuel Cells Factsheet, novembre 2015
2 Kraftwerkforschung, Hydrogen gas turbines, https://kraftwerkforschung.info/, accesso agosto 2020
3 Dipartmento statunitense dell’Energia, Energy Storage Technology and Cost Characterization Report, luglio 2019
4 Agenzia internazionale per le energie rinnovabili (IRENA), Future of Wind - Deployment, investment, technology, grid integration and socio-economic aspects, ottobre 2019
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