Idrogeno in pratica. Un energico multitalento

Riportiamo la traduzione di un articolo sui possibili utilizzi dell’idrogeno, pubblicato sul Magazine online di Axpo, Energy Dialogue, in data 17 maggio 2021. 

L’idrogeno verde, prodotto da elettricità proveniente da fonti rinnovabili, è considerato una tecnologia chiave per la transizione energetica e la decarbonizzazione. Axpo intende strutturare un know-how specifico in questo settore e realizzare progetti all’avanguardia utilizzando l’H₂

Nell’ambito dello sviluppo della sua strategia, Axpo ha fatto alcuni passi importanti. In futuro, la società si focalizzerà su tre pilastri: in Svizzera, continuando ad avere un ruolo di leadership nel processo di transizione del Paese verso un futuro CO2-free per l’energia, a livello internazionale sui mercati consumer e del trading, così come nell’espansione delle energie rinnovabili. Oltre all’idroelettrico, all’eolico, e al solare, lo storage tramite batterie e la tecnologia legata all’idrogeno avranno un ruolo di crescente importanza.

Già in uso

Oggi l’idrogeno viene utilizzato principalmente nell’industria chimica per la produzione di fertilizzanti azotati e nelle raffinerie per produrre petrolio o carburanti sintetici. L’idrogeno viene utilizzato anche nel settore della mobilità, ad esempio nelle automobili, nei camion o negli autobus del trasporto pubblico, tutti alimentati ad idrogeno.

Mentre l'industria automobilistica si sta ancora discutendo se abbiano più senso i veicoli elettrici con batterie o quelli a idrogeno, una cosa è chiara: l'idrogeno potrebbe trovare applicazione pratica nell'industria dei trasporti, in particolare nell'area del trasporto a lungo raggio e dei carichi pesanti - così come nel trasporto marittimo e aereo.

L’uso dell’H₂ potrebbe anche avere senso per la produzione di acciaio a basse emissioni o per la lavorazione dei metalli.

Ulteriori vettori energetici sintetici gassosi e liquidi basati sull'idrogeno potrebbero inoltre essere utilizzati nel settore della produzione chimica e delle raffinerie. La produzione di cemento, vetro e ceramica potrebbe includere l’uso dell'idrogeno in combinazione con la cattura di carbonio. Parimenti, l'idrogeno nelle celle a combustibile potrebbe anche essere usato per il riscaldamento.

L'idrogeno potrebbe assicurare una fornitura di energia lungo tutto l’arco dell'anno grazie alle energie rinnovabili come tecnologia di stoccaggio a lungo termine insieme alle batterie o al metano. Anche se la tecnologia "power-to-H2-to power" è abbastanza semplice in termini tecnici, rimane molto costosa per lo stoccaggio stagionale a causa degli alti costi di produzione complessivi.

Applicazioni nell’industria dell’acciaio

Per molti, l’idrogeno verde è la garanzia di una transizione energetica di successo. Gli esperti vedono un grande potenziale (McKinsey progetta che l’idrogeno verde possa diventare competitivo nel decennio 2030), ma al contempo mettono in guardia rispetto al clamore.

Diamo un’occhiata a due esempi concreti.

Nel 2020, la produzione di acciaio è stata la più grande emittente industriale di CO₂ in Europa con il 22%. Secondo l'Accordo di Parigi, diventare climate-neutral entro il 2050 significa che le aziende dovranno adattare la loro produzione a nuove tecnologie ampiamente applicabili e neutre per il clima nell’arco dei prossimi cinque-dieci anni.

Sebbene le emissioni di CO₂ potrebbero essere diminuite attraverso una combinazione di stoccaggio di CO₂ e uso di biomassa nei forni, non possono essere ridotte a zero con queste soluzioni. Altre opzioni, come la produzione diretta di acciaio con plasma o i metodi di riduzione elettrolitica, sono ancora nelle prime fasi di sviluppo.

Secondo gli esperti del settore, la riduzione diretta basata sull'idrogeno è la tecnologia più sviluppata e - non appena ci sarà abbastanza energia green - potrà essere usata in modo ecologico nell'industria dell'acciaio. Nella riduzione diretta, il minerale di ferro invece che in coke viene ridotto in acciaio con l'aiuto del gas naturale o dell'idrogeno - di conseguenza i forni a coke dovrebbero essere sostituiti.

Tuttavia, l'energia totale necessaria per una produzione di acciaio a impatto climatico zero è alta. Secondo "enerigeexperte.org" ammonta a circa 120 TWh all'anno. Come confronto: Il più grande impianto al mondo per l'elettrolisi dell'idrogeno è attualmente in progettazione ad Amburgo. Le migliori prestazioni operative possibili, possono consentirgli di generare solo 1 TWh l'anno.

Pompe di calore più efficienti

Una potenziale ulteriore riduzione di CO₂ è inoltre disponibile anche negli edifici che utilizzano idrogeno per lo stoccaggio dell’energia e nei sistemi di riscaldamento a celle a combustibile. Tuttavia, secondo uno studio del Fraunhofer Institute for Renewable Energies, in questo contesto è applicabile il principio del less is more. "L'idrogeno dovrebbe essere utilizzato direttamente nella generazione di calore solo quando non ci sono alternative economiche". Perché: Il volume di energia rinnovabile richiesto per generare calore a bassa temperatura con l'idrogeno è dal 500 al 600% superiore a quello delle pompe di calore.

Centrali elettriche a celle a combustibile

Le celle a combustibile funzionano come piccole centrali di cogenerazione. Trasformano l’idrogeno in elettricità e calore. L’uso combinato di entrambi i prodotti risulta un utilizzo efficiente dell’energia primaria originale. Questi tipi di centrali elettriche a celle a combustione sono realizzabili in varie dimensioni. Oltre alle centrali elettriche decentralizzate con una potenza tra 200 kW e diversi megawatt, i piccoli sistemi sono un'opzione interessante. Nella gamma di prestazioni dei comuni sistemi di riscaldamento domestico, questi sistemi possono fornire energia termica così come elettricità che potrebbe, se necessario, essere immessa nella rete elettrica. Insieme, milioni di queste celle a combustibile domestiche potrebbero formare una centrale elettrica. Una centrale che potrebbe essere utilizzata nel suo insieme per i servizi ausiliari (riserve di controllo).