Convenzionalmente è stato attribuito un codice colore all’idrogeno in funzione alla tecnologia di produzione
SPECIALE IDROGENO. L'idrogeno ha un ruolo essenziale da svolgere nello sforzo globale per decarbonizzare l'economia. Convenzionalmente è stato attribuito un codice colore all’idrogeno in funzione alla tecnologia di produzione. L’insostenibilità dell’idrogeno nero e grigio.
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Introduzione
Il 90% della crescente domanda mondiale di energia è soddisfatta dai combustibili fossili e dal carbone. Di conseguenza si osserva un continuo aumento del livello di CO2 nell'atmosfera. A questo si aggiunge l’esaurimento delle riserve di combustibili fossili in quanto non sono risorse rinnovabili.
Il cambiamento climatico come conseguenza dell'aumento del livello di CO2 è stato identificato come una delle sfide più critiche per l'umanità e richiede un'azione immediata.
E’ necessario raggiungere una significativa riduzione delle emissioni di CO2 entro il 2050 ciò implica che l'umanità deve trasformare la sua tecnologia energetica da una base fossile a una rinnovabile.
Numerosi studi e pubblicazioni hanno indicato che l'energia del sole e dei suoi derivati (vento, acqua) è di gran lunga sufficiente a soddisfare la domanda energetica mondiale ma la grande variazione di potenza giornaliera e stagionale dell'energia rinnovabile è un'ulteriore complicazione per un'ampia sostituzione dell'energia fossile con l'energia rinnovabile.
Lo stoccaggio di energia giornaliero e stagionale su larga scala è quindi urgentemente necessario per rendere possibile la trasformazione verso una società basata sulle energie rinnovabili.
Tra i vari metodi esistenti è possibile stoccare l’energia mediante la produzione di combustibili chimici come l'idrogeno.
L'idrogeno come combustibile (H2) è popolarmente classificato in diversi colori a seconda della molecola iniziale che viene scomposta, della fonte di energia utilizzata per prelevare l'idrogeno da essa e dei sottoprodotti della reazione chimica. Indipendentemente dalla sua classificazione, tutto l'idrogeno ha le stesse proprietà chimiche e può essere utilizzato allo stesso modo.
I colori dell'idrogeno
Naturalmente non è il colore del gas: l’idrogeno è completamente incolore.
Si tratta invece della convenzione cromatica, condivisa a livello planetario, che identifica i differenti processi chimici oppure fisici mediante il quale l’idrogeno può essere prodotto, con riferimento alle diverse fonti di energia che vengono impiegate per produrlo.
L'idrogeno come combustibile (H2) è popolarmente classificato in diversi colori a seconda della molecola iniziale che viene scomposta, della fonte di energia utilizzata per prelevare l'idrogeno da essa e dei sottoprodotti della reazione chimica. Indipendentemente dalla sua classificazione, tutto l'idrogeno ha le stesse proprietà chimiche e può essere utilizzato allo stesso modo.
I colori dell’idrogeno (e i diversi costi). (fonte mondo idrogeno.com)Clicca sull’immagine per ingrandire
I percorsi dell'idrogeno a più alta intensità di carbonio e codificati a colori più scuri coinvolgono fonti di energia da combustibili fossili e danno luogo a sottoprodotti di anidride carbonica (CO2) e monossido di carbonio (CO).
L'idrogeno nero, marrone e grigio viene prodotto dalla scomposizione del carbone o del gas naturale tramite processi alimentati dal calore. I sottoprodotti di CO2 e CO vengono solitamente rilasciati direttamente nell'atmosfera come emissioni di gas serra.
L'industria ha cercato il cosiddetto idrogeno blu e turchese come un modo per continuare a utilizzare il gas naturale come materia prima producendo meno anidride carbonica.
L'idrogeno blu viene prodotto in un processo simile all'idrogeno grigio con l'aggiunta di catturare e immagazzinare i sottoprodotti di anidride carbonica. Queste tecnologie — comunemente raggruppate insieme sotto il termine di cattura, utilizzo e sequestro del carbonio (CCUS) — sono oggi ancora non convenienti, ma potrebbero offrire un percorso di decarbonizzazione in futuro.
L’idrogeno turchese viene prodotto anche utilizzando il gas naturale come materia prima. Tuttavia, a differenza dell'idrogeno blu, non c'è anidride carbonica come sottoprodotto, ma piuttosto carbonio solido. Questo carbonio solido può essere smaltito o riutilizzato come plastica, materiale da costruzione o pneumatici.
Il punto di svolta più promettente per la transizione energetica è l'idrogeno prodotto da acqua ed elettricità, utilizzando l’elettrolisi, che applica corrente elettrica per dividere le molecole d'acqua in ossigeno e idrogeno. Se l'elettricità utilizzata in questo processo proviene da una fonte rinnovabile — solare, eolica, geotermica, ecc. — si parla di idrogeno verde.
La flessibilità dell'idrogeno come combustibile a zero emissioni di carbonio, vettore di energia pulita e ponte per l'elettricità pulita ne fanno il pezzo mancante per un'economia completamente decarbonizzata.
L'idrogeno fornisce un modo per decarbonizzare i processi industriali che si basano su determinate materie prime o agenti chimici. L'idrogeno può essere utilizzato nella produzione di acciaio e alluminio, dove la sua reattività chimica aiuta anche a ridurre il minerale in forme più utilizzabili, invece del carbone da coke o del gas naturale attualmente utilizzati. In questi processi industriali, l'idrogeno verrà consumato direttamente come materia prima chimica nel processo di produzione o bruciato per fornire il calore necessario per il funzionamento.
L'idrogeno può essere utilizzato anche per l'accumulo di energia, svolgendo potenzialmente un ruolo nella gestione di una rete elettrica alimentata da fonti rinnovabili, immagazzinando l'energia in eccesso generata nei giorni soleggiati e ventosi per un uso successivo. L'idrogeno viene utilizzato in una cella a combustibile, una tecnologia che utilizza l'idrogeno per produrre elettricità, calore e acqua. Le celle a combustibile consentono di convertire l’idrogeno in elettricità.
Inoltre, l'idrogeno può essere utilizzato come combustibile per alimentare le applicazioni di mobilità, tra cui la navigazione marittima, l'aviazione e gli autotrasporti pesanti.
Un rapporto della Energy Transitions Commission definisce l'idrogeno "il secondo vettore" per la decarbonizzazione prevedendo che soddisferà il 13% della domanda finale di energia nel 2050, o il 20% se si includono i combustibili a base di idrogeno.
Idrogeno a basso tenore di carbonio
Il nuovo pacchetto legislativo della Commissione Europea mira a promuovere l'uso dell'idrogeno blu almeno fino al 2030, a condizione che raggiunga la stessa decarbonizzazione dell'idrogeno verde (ovvero una riduzione del 70% dei gas serra).
L'attuale quadro normativo sull'energia dell'UE non riesce a definire l'idrogeno rinnovabile (noto anche come "verde") e a basse emissioni di carbonio (noto anche come "blu"). Questa incertezza giuridica ha ostacolato il ruolo dei mercati e delle infrastrutture dell'idrogeno verde e blu nell'UE. Per correggere questo problema, il pacchetto introduce nuove definizioni giuridiche di idrogeno rinnovabile e a basse emissioni di carbonio che la Commissione avrà il potere di precisare adottando specifiche metodologie di calcolo e determinazione delle soglie negli atti delegati.
L'idrogeno rinnovabile è definito come idrogeno che (i) trae il proprio contenuto energetico da fonti rinnovabili diverse dalla biomassa; e (ii) raggiunge una riduzione delle emissioni di gas serra del 70% rispetto ai combustibili fossili.
L'idrogeno a basse emissioni di carbonio è definito come idrogeno con un contenuto energetico derivato da fonti non rinnovabili e che soddisfa una soglia di riduzione delle emissioni di gas serra del 70% rispetto all'idrogeno di origine fossile.
Ciò significa che le norme dell'UE per l'intensità massima di emissione di gas a effetto serra delle fonti rinnovabili ("verdi") e a basse emissioni di carbonio ("blu") saranno sostanzialmente simili, poiché la direttiva sul gas e sull'idrogeno stabilisce gli stessi criteri di impatto della decarbonizzazione per entrambe. La soglia di riduzione per l'idrogeno rinnovabile e a basse emissioni di carbonio sarà probabilmente calcolata utilizzando un approccio "dal pozzo al cancello", ovvero tenendo conto delle emissioni di CO2 dall'esplorazione al processo di produzione, compreso il trasporto fino al processo di produzione.
Pertanto, la principale differenza proposta tra idrogeno rinnovabile e a basse emissioni di carbonio sarebbe il processo di produzione dell'idrogeno e, in particolare, la fonte dell'energia utilizzata per produrre l'idrogeno ( ad esempio , in un elettrolizzatore). In effetti, lo scopo di questo approccio è consentire all'idrogeno a basse emissioni di carbonio di svolgere un ruolo nella decarbonizzazione e facilitare la transizione energetica fino al 2030.
Il rapporto di Hydrogen Europe delinea vari modi in cui l'idrogeno prodotto dal gas naturale può essere efficacemente decarbonizzato attraverso l'uso di tecnologie modificate, come la cattura e lo stoccaggio del carbonio (CCS) utilizzando impianti di reforming autotermico o la pirolisi del metano. Tuttavia, i costi associati e le difficoltà nel raggiungere il 100% di cattura di CO2 rendono questi approcci potenzialmente meno promettenti rispetto a opzioni alternative a lungo termine.
Nonostante l'industria dell'idrogeno sia ancora all’inizio, alcuni paesi hanno fatto piani audaci per aumentare drasticamente la produzione di idrogeno verde fino al 2040. Secondo gli analisti prima dell'invasione dell'Ucraina, l'Australia e la Russia erano all'avanguardia rispetto alla capacità pianificata; tuttavia, le attuali stime sono ora soggette a notevole incertezza.
Riferimenti
BP, Statistical Review of World Energy. (2021).
Andreas Borgschulte, The Hydrogen Grand Challenge, Front. Energy Res., Sec. Hydrogen Storage and Production, Volume 4 - 2016
Dmove.it, Cos’è l’idrogeno nero e grigio? Si ricava da carbone e metano, le fonti odiate (ma diffuse)
RMI, Energia pulita 101: Idrogeno
ENEA, I ‘colori’ dell’idrogeno nella transizione energetica
Hydrogen Europe, Hydrogen - a carbon-free energy carrier and commodity, novembre 2021
GlobalData, Hydrogen
 Il ruolo dell’idrogeno nella transizione ecologica: la grande sfida |
Produzione dell’idrogeno, in generale  |
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