L'idrogeno ha un ruolo essenziale nella transizione energetica.

L'idrogeno ha un ruolo essenziale da svolgere nello sforzo globale per decarbonizzare l'economia. La sintesi dell’idrogeno

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L'uso dell'idrogeno come combustibile sostitutivo dell'elettricità, del riscaldamento e dei trasporti ha ricevuto una crescente attenzione, poiché contribuisce in modo determinante a un futuro a basse emissioni per molti paesi. 

I benefici dell'idrogeno dipendono da come viene prodotto. Tra i 69 Mt di idrogeno prodotti a livello globale (escluso l'idrogeno sottoprodotto), quasi il 99% proviene da combustibili fossili (vale a dire, il 76% dal gas naturale e il 23% dal carbone)

È urgente sviluppare tecnologie di produzione di idrogeno più sostenibili per ridurre l'intensità di carbonio associata, poiché la domanda globale di idrogeno sta aumentando. 

Un recente rapporto di Hydrogen Europe ha dettagliato come più di 30 paesi abbiano già iniziato ad attuare le proprie strategie sull'idrogeno, i cui obiettivi principali includono la riduzione delle emissioni, soprattutto in "settori difficili da abbattere" come "industria, mobilità, bilanciamento elettrico e riscaldamento", diversificare l'approvvigionamento energetico, integrare le energie rinnovabili, promuovere la crescita economica e altro ancora.

Tuttavia, nonostante il suo potenziale per essere un "vettore energetico privo di emissioni di carbonio" economico con una serie di applicazioni industriali, il rapporto afferma che attualmente "non esiste alcuna infrastruttura pubblica, nessun mercato pubblico e nessuna regolamentazione del mercato per l'idrogeno". Invece, l'idrogeno viene utilizzato principalmente come "materia prima per produrre prodotti chimici" come ammoniaca e metanolo, o per desolforare il petrolio producendo cherosene, benzina e diesel. 

Metodi di produzione dell’idrogeno

L'idrogeno è un vettore energetico privo di carbonio, il che significa che nessuna emissione di CO2 viene rilasciata nell'atmosfera quando l'idrogeno viene bruciato o convertito.

Tuttavia, proprio come l'elettricità, non significa che la produzione di idrogeno sia priva di emissioni di CO2 (nel ciclo di vita). L'idrogeno deve essere prodotto da una molecola che contiene idrogeno con una tecnologia di conversione che richiede un dispendio di energia.

L'idrogeno può essere prodotto da combustibili fossili (molecole di idrogeno-carbonio) da risorse di biomassa (molecole di idrogeno-ossigeno-carbonio) o dall'acqua (molecola di idrogeno-ossigeno).

Quando i combustibili fossili o la biomassa sono la fonte di idrogeno, l'energia in ingresso proviene dai combustibili fossili o dalla biomassa. Tuttavia, quando l'acqua viene utilizzata come fonte di idrogeno, l'energia in ingresso potrebbe provenire dall'elettricità (processo di elettrolisi), dal calore (processo di termolisi) o dai fotoni di luce solare (fotolisi o processo fotoelettrochimico).

Alla fine, la fonte di energia insieme al processo di conversione, all'energia in ingresso e ai processi di trattamento dei fumi determinano se si verificheranno o meno emissioni dirette o indirette di CO2 nell'aria.

Una panoramica delle tecnologie di produzione di idrogeno più rilevanti con il loro attuale livello di maturità, i principali prodotti in uscita e le relative emissioni di CO2 nell'aria, espresse in un "colore"

(a) a seconda della tecnologia di cattura e dell'energia in ingresso al processo, è possibile catturare e immagazzinare il 50-100% di CO2. Con l'ATR che utilizza parte dell'H2 prodotto come energia per il calore di processo, è possibile catturare e immagazzinare il 100% delle emissioni di CO2

(b) le emissioni indirette di CO2 sono pari a zero se l'elettricità verde o parte dell'idrogeno prodotto viene utilizzata come energia di processo

(c) a seconda della tecnologia CCS, il 50-90% di CO2 può essere catturato e immagazzinato.

(d) Possibili emissioni di CO2 negative

(e) Tutte le sfumature dal grigio al verde e al rosa a seconda della fonte per la produzione di energia elettrica. Con elettricità da fonti rinnovabili, H2 verde, dal nucleare si produce H2 rosa, entrambe a zero emissioni di CO2

È opinione comune che l'idrogeno rinnovabile o verde, senza emissioni di CO2 nell'aria, possa essere prodotto solo mediante elettrolisi dell'acqua utilizzando elettricità. In ogni caso è evidente che utilizzando i rifiuti biogeni si può produrre anche idrogeno rinnovabile o green. Infatti, quando la CO2 di questi processi viene catturata e utilizzata o immagazzinata, l'idrogeno proveniente dai rifiuti biogeni potrebbe persino avere emissioni di CO2 negative nell'atmosfera.

Un nuovo sviluppo tecnologico è la cella fotoelettrochimica, per cui la luce solare (fotone) divide direttamente una molecola d'acqua in idrogeno e ossigeno. Molte università in tutto il mondo fanno ricerche per ottimizzare questo processo.

La Repsol, una compagnia petrolifera spagnola, ha annunciato di aver sviluppato una tecnologia all'avanguardia per la produzione di idrogeno rinnovabile dall'uso diretto dell'energia solare, attraverso un processo di fotoelettrocatalisi.

Anche la produzione di idrogeno da combustibili fossili potrebbe avere zero emissioni di CO2 nell'aria. L'attuale produzione di idrogeno da gas naturale avviene con impianti SMR (Steam Methane Reforming). In futuro verranno installati anche impianti ATR (Auto Thermal Reforming). È relativamente facile catturare dal 50% (SMR) fino al 100% (ATR) del flusso di CO2 pura dal processo di reforming. Tuttavia, la separazione della CO2 dagli altri elementi nei fumi è più difficile e di conseguenza più costosa. Pertanto, oggi si crede che sia possibile catturare e immagazzinare solo fino al 90% della CO2 negli impianti ATR. tuttavia, se parte dell'idrogeno prodotto viene bruciato per produrre il calore di processo, si ha solo vapore come gas di combustione senza CO2, il che implica che anche fino al 100% della CO2 totale potrebbe essere catturata e immagazzinata.

Con la pirolisi, il metano (CH4) viene scisso in idrogeno (H2) e carbonio solido (C). Questo processo non produce CO2, dipenderà dall'energia immessa in calore se si verificano o meno emissioni indirette di CO2. Se si utilizza parte dell'idrogeno e/o dell'elettricità prodotta da risorse rinnovabili o nucleari, la produzione di idrogeno è senza alcuna emissione di CO2 e con questa tecnologia la cattura e lo stoccaggio di CO2 non è necessario.

 

 

 

RMI, Energia pulita 101: Idrogeno

ENEA,  I ‘colori’ dell’idrogeno nella transizione energetica

DMove.it, Cos’è l’idrogeno nero e grigio? Si ricava da carbone e metano, le fonti odiate (ma diffuse)

Hydrogen Europe,  Hydrogen - a carbon-free energy carrier and commodity, novembre 2021

Convington, New Definitions for Blue and Green Hydrogen: The European Commission’s Package on Hydrogen and Decarbonized Gas Markets

GlobalData, Hydrogen

 

 



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