L’idrogeno è un vettore energetico, non una fonte di energia e può fornire o immagazzinare un’enorme quantità di energia. L’idrogeno può essere utilizzato nelle celle a combustibile per generare elettricità o energia e calore. Oggi, l’idrogeno è più comunemente usato nella raffinazione del petrolio e nella produzione di fertilizzanti, mentre i trasporti e i servizi pubblici sono mercati emergenti. Tuttavia, l’idrogeno può essere usato anche come fonte di energia se non direttamente come combustibile. E naturalmente ha il vantaggio di essere un combustibile pulito, se prodotto con energia rinnovabile.
L’idrogeno: vettore o fonte di energia?
I vettori energetici consentono il trasporto di energia in una forma utilizzabile da un luogo all’altro. L’idrogeno, come l’elettricità, è un vettore energetico che deve essere prodotto da un’altra sostanza. L’idrogeno può essere prodotto, separato, da una varietà di fonti tra cui acqua, combustibili fossili o biomassa e utilizzato come fonte di energia o carburante. L’idrogeno ha il contenuto energetico più alto di qualsiasi combustibile comune in peso (circa tre volte più della benzina), ma ha il contenuto energetico più basso in volume (circa quattro volte meno della benzina).
Ci vuole più energia per produrre idrogeno (separandolo da altri elementi in molecole) di quanta ne fornisca l’idrogeno quando viene convertito in energia utile. Tuttavia, l’idrogeno è utile come fonte di energia/combustibile perché ha un alto contenuto energetico per unità di peso, motivo per cui viene utilizzato come combustibile per missili e nelle celle a combustibile per produrre elettricità su alcuni veicoli spaziali. L’idrogeno non è ampiamente utilizzato come combustibile ora, ma ha il potenziale per un maggiore utilizzo in futuro.
Usi per l’idrogeno come combustibile pulito
L’idrogeno è un combustibile pulito che, se consumato in una cella a combustibile, produce solo acqua, elettricità e calore. L’idrogeno e le celle a combustibile possono svolgere un ruolo importante nella nostra strategia energetica nazionale, con il potenziale per l’uso in un’ampia gamma di applicazioni, praticamente in tutti i settori: trasporti, commerciale, industriale, residenziale e portatile.
L’idrogeno e le celle a combustibile possono fornire energia da utilizzare in diverse applicazioni, inclusa la distribuzione o la combinazione di calore ed elettricità; alimentazione di riserva; sistemi per lo stoccaggio e l’attivazione dell’energia rinnovabile; potere portatile; alimentazione ausiliaria per camion, aerei, ferrovie e navi; veicoli speciali come carrelli elevatori; e veicoli passeggeri e merci tra cui automobili, camion e autobus.
Un recente rapporto Thematic Research: Hydrogen pubblicato da GlobalData, una delle principali società di dati e analisi, rivela che l’idrogeno ha la capacità di aiutare nella produzione di energia variabile da fonti di energia rinnovabile come il solare fotovoltaico (PV) e l’eolico. La disponibilità di queste fonti non è sempre uguale alla richiesta di energia.
L’idrogeno è una delle principali alternative per lo stoccaggio di energia da fonti rinnovabili e sembra essere favorito come alternativa a basso costo per immagazzinare enormi quantità di elettricità per giorni, settimane e mesi. Lo stoccaggio del combustibile idrogeno può avvenire per lunghi periodi e in quantità limitate solo dalle dimensioni degli impianti di stoccaggio.
L’idrogeno può essere prodotto da un’ampia varietà di combustibili come energie rinnovabili, nucleare, gas naturale, carbone e petrolio. Il trasporto dell’idrogeno sotto forma di gas avviene tramite gasdotti e in forma liquida tramite navi, simile al gas naturale liquefatto (GNL). Una volta trasformato in elettricità e metano, l’idrogeno può essere utilizzato per alimentare le case e alimentare l’industria e trasformato in combustibili per il trasporto su strada (auto, camion), marittimo (navi), ferroviario e aeronautico.
L’impiego dell’idrogeno nella transizione energetica
L’idrogeno è leggero, immagazzinabile, ad alto consumo energetico e non produce emissioni dirette di carbonio o gas serra. Settori come la raffinazione del suolo, la produzione di ammoniaca, la produzione di metanolo e la produzione di acciaio utilizzano ampiamente l’idrogeno. L’idrogeno svolgerà probabilmente un ruolo cruciale nella transizione verso l’energia pulita con un aumento del suo utilizzo in settori come i trasporti, gli edifici e la produzione di energia.
L’interesse per l’uso della tecnologia dell’idrogeno sta aumentando in una serie di segmenti di mercato di nicchia dei trasporti, oltre ad altre applicazioni. A breve e medio termine, la tecnologia dell’idrogeno potrebbe essere utilizzata per sostituire il gas naturale compresso (CNG) in alcune aree con modifiche minori alle infrastrutture esistenti.
I paesi di tutto il mondo si sforzano di accelerare lo sviluppo e l’uso della tecnologia dell’idrogeno per affrontare le preoccupazioni ambientali e migliorare la sicurezza energetica. La tecnologia dell’idrogeno ha la capacità di fungere da mezzo di accumulo di energia pulita a lungo termine e su larga scala che aiuta la generazione di energia da fonti rinnovabili. Tuttavia, formulare una transizione conveniente e ben regolamentata è una questione complessa e il costo della produzione di idrogeno da fonti di energia rinnovabile è attualmente elevato.
L’idrogeno trova applicazione in vari settori come l’edilizia, l’industria, l’energia, i trasporti e la raffinazione. L’edilizia mondiale rappresenta il 30% del consumo finale di energia, con quasi tre quarti utilizzati per il riscaldamento degli ambienti, la produzione di acqua calda e la cottura. Il ruolo dell’idrogeno come fonte di energia è oggi limitato nel settore edile globale. Tuttavia, il suo utilizzo in numerose aree è in fase di valutazione. Attualmente, una serie di progetti dimostrativi sta valutando la miscelazione dell’idrogeno nella rete del gas naturale.
Abbattimento dell’emissioni con l’uso dell’idrogeno
Grazie alla loro elevata efficienza e al funzionamento a emissioni zero o quasi, l’idrogeno e le celle a combustibile hanno il potenziale per ridurre le emissioni di gas serra in molte applicazioni. L’analisi finanziata dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha dimostrato che l’idrogeno e le celle a combustibile hanno il potenziale per ottenere le seguenti riduzioni delle emissioni:
- Veicoli autostradali leggeri: riduzione delle emissioni da oltre il 50% a oltre il 90% rispetto ai veicoli a benzina di oggi.
- Veicoli speciali: riduzione delle emissioni di oltre il 35% rispetto agli attuali carrelli elevatori diesel e a batteria.
- Autobus: economie di carburante dimostrate di circa 1,5 volte superiori rispetto agli autobus con motore a combustione interna diesel (ICE) e circa 2 volte superiori rispetto agli autobus ICE a gas naturale.
- Propulsori ausiliari (APU): oltre il 60% di riduzione delle emissioni rispetto al motore del camion al minimo.
- Sistemi combinati di calore ed elettricità (CHP): riduzione dal 35% a oltre il 50% delle emissioni rispetto alle fonti di calore ed energia convenzionali (con riduzioni molto maggiori, oltre l’80%, se si utilizza biogas o idrogeno da fonti a basse o zero emissioni di carbonio nella cella a combustibile).
La più grande sfida per la produzione di idrogeno, in particolare da risorse rinnovabili, è fornire idrogeno a costi inferiori. Per le celle a combustibile per il trasporto, l’idrogeno deve essere competitivo in termini di costi con i combustibili e le tecnologie convenzionali su base.
Ciò significa che il costo dell’idrogeno, indipendentemente dalla tecnologia di produzione, deve essere inferiore al costo di benzina equivalente. Per ridurre il costo complessivo dell’idrogeno, la ricerca si concentra sul miglioramento dell’efficienza e della durata delle tecnologie di produzione dell’idrogeno, nonché sulla riduzione del costo delle attrezzature, delle operazioni e della manutenzione.
