Che cos'è l'idrogeno e come si inserisce in un futuro decarbonizzato?

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

 

L'idrogeno, il primo elemento della tavola periodica, è l'elemento chimico più abbondante nell'universo, il più leggero, costituito da un protone e un elettrone. 

L’attenzione verso l’idrogeno come vettore energetico è da sempre dovuta ad alcune sue interessanti caratteristiche: è leggero, più facilmente immagazzinabile a lungo termine rispetto all’energia elettrica, reattivo, ad alto contenuto di energia per unità di massa e può essere facilmente prodotto su scala industriale.

Un altro aspetto fondamentale è sicuramente la possibilità di utilizzare l’idrogeno per produrre energia “pulita”. Infatti, la combustione dell’idrogeno non è associata alla produzione di anidride carbonica (CO2) e non comporta quindi emissioni climalteranti dirette; inoltre, la combustione può essere condotta per via elettrochimica in celle a combustibile, con efficienze complessive superiori a quelle della combustione termica e senza l’emissione di ossidi di azoto. Infine, l’idrogeno può essere ottenuto da una gamma ampiamente diversificata di fonti di energia rinnovabile, potendo così supportare lo sviluppo di sistemi energetici resilienti.

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).

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

Gli input (acqua), la fonte di energia (elettricità rinnovabile) e il sottoprodotto (ossigeno) di questo processo sono tutti praticamente privi di emissioni di carbonio.

L'idrogeno viene utilizzato oggi per raffinare i prodotti petroliferi - la sua reattività viene sfruttata per legarsi con altri elementi e decontaminare il prodotto finale - e come materia prima chimica per produrre ammoniaca per fertilizzanti e altre sostanze chimiche chiave.

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. 

 

RMI, Energia pulita 101: Idrogeno

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