Capire l'idrogeno verde: definizione e caratteristiche distintive

Cos'è l'idrogeno verde?

L'idrogeno verde viene prodotto quando si scindono le molecole d'acqua attraverso un processo chiamato elettrolisi, ma solo quando fonti di energia rinnovabile come la luce solare o il vento forniscono l'elettricità necessaria. In pratica, ciò significa far passare una corrente elettrica attraverso l'acqua (H₂O) per scomporla in gas idrogeno e ossigeno, senza produrre assolutamente anidride carbonica nel processo. I metodi tradizionali di produzione dell'idrogeno non sono così puliti, poiché spesso si basano sui combustibili fossili. Per questo motivo, molti esperti considerano l'idrogeno verde estremamente importante per ridurre i gas serra a livello globale, secondo una recente ricerca di HERO Future Energies dell'anno scorso.

Come l'idrogeno verde differisce dall'idrogeno grigio e blu

• Idrogeno grigio : Derivato dal gas naturale tramite reforming del metano con vapore, emettendo 10-12 kg di CO₂ per ogni kg di idrogeno.
• Idrogeno blu : Utilizza la stessa base di combustibile fossile ma integra sistemi di cattura e stoccaggio del carbonio (CCS) per ridurre le emissioni di circa il 50%.
• Idrogeno verde : Non produce emissioni dirette, poiché l'intero processo di elettrolisi è alimentato da energia rinnovabile.

Mentre l'idrogeno grigio domina il 95% della produzione attuale, le emissioni del ciclo di vita dell'idrogeno verde sono inferiori del 75-90% rispetto all'idrogeno blu (Visualizing Energy, 2024).

Il ruolo fondamentale delle energie rinnovabili nella produzione di idrogeno verde

L'idrogeno verde semplicemente non può funzionare senza il supporto delle energie rinnovabili. Il processo di elettrolisi richiede circa quattro volte più energia rispetto ai metodi convenzionali, quindi collegare direttamente questi sistemi a pannelli solari o parchi eolici fa tutta la differenza quando si parla di scalare la produzione in modo sostenibile. Mettiamo alcuni numeri: produrre un chilogrammo di idrogeno verde richiede circa cinquanta chilowattora di elettricità pulita. Potrebbe sembrare molto, ma stiamo assistendo a progressi concreti, dato che i prezzi dei pannelli solari sono drasticamente calati nell'ultimo decennio, riducendosi quasi del novanta per cento dal solo 2010. Guardando alle possibilità future, gli esperti ritengono che l'idrogeno verde potrebbe alla fine sostituire tra il quindici e il venti per cento dell'energia attualmente fornita dai combustibili fossili a livello mondiale entro la metà del secolo.

Produzione di Idrogeno Verde: Elettrolisi, Tecnologie e Capacità Globale

Processo di Produzione dell'Idrogeno Verde tramite Elettrolisi

La produzione di idrogeno verde avviene attraverso un processo chiamato elettrolisi, che consiste fondamentalmente nella scomposizione delle molecole d'acqua (H2O) in gas idrogeno e ossigeno applicando elettricità. I rendimenti di efficienza variano notevolmente, tra il 70% e forse anche il 90%, a seconda del tipo di sistema elettrolitico utilizzato. Per far funzionare correttamente questo processo, servono acqua pura e un'approvvigionamento energetico costante. La maggior parte degli impianti attuali genera circa un chilogrammo di idrogeno per ogni cinquanta chilowattora di elettricità consumati. Non è male se si considera quanta energia viene impiegata in altri processi industriali.

Tipi di elettrolizzatori: PEM, Alcalino e Ossido Solido

Gli elettrolizzatori alcalini dominano i progetti esistenti grazie ai costi inferiori, mentre i sistemi PEM stanno guadagnando terreno nelle applicazioni con fonti rinnovabili variabili.

Integrazione con energia solare ed eolica per una produzione sostenibile

L'integrazione con fonti rinnovabili affronta il fattore di costo maggiore dell'idrogeno verde: l'energia immessa. L'energia solare ed eolica riduce attualmente i costi di produzione a $3-4/kg (stime 2024), rispetto ai $6/kg del 2018. Gli impianti ubicati in regioni ad alta irradiazione e ventose sfruttano sistemi Ibridi , combinando pannelli solari e turbine eoliche per garantire un funzionamento 24/7.

Capacità produttiva globale attuale e paesi leader

La produzione globale di idrogeno verde ha superato 1,2 milioni di tonnellate metriche nel 2024, con un aumento del 50% rispetto al 2022. Oltre l'80% di questa capacità proviene da progetti flagship in Medio Oriente, Australia e Europa settentrionale, sostenuti da investimenti globali pari a 500 miliardi di dollari.

Sfide nella scalabilità della produzione di idrogeno verde

La scalabilità affronta ostacoli come 9 litri di acqua purificata per chilogrammo di idrogeno , che richiede infrastrutture avanzate di dissalazione. Colli di bottiglia nella catena di approvvigionamento per materiali rari come l'iridio (utilizzato negli elettrolizzatori PEM) e condotte per idrogeno limitate ritardano ulteriormente l'adozione. Nonostante questi ostacoli, le proiezioni dei costi per il 2030 di $1,50/kg indicano una fattibilità in rapida crescita per applicazioni industriali.

Vantaggi ambientali ed economici dell'idrogeno verde

Emissioni zero di anidride carbonica durante produzione e utilizzo

La produzione di idrogeno verde emette zero diossido di carbonio quando si utilizza l'elettrolisi alimentata da fonti rinnovabili, a differenza dell'idrogeno grigio derivato dal reforming del metano. Questo vettore energetico pulito mantiene il suo stato di neutralità carbonica quando impiegato in celle a combustibile o processi industriali, eliminando le emissioni in ogni fase del ciclo di vita.

Riduzione dell'inquinamento atmosferico e delle emissioni di gas serra

La sostituzione dei combustibili fossili con idrogeno verde nei trasporti e nella produzione industriale riduce gli ossidi di azoto (NOx) fino al 45% e gli ossidi di zolfo (SOx) del 92%, migliorando significativamente la qualità dell'aria urbana.

Analisi del ciclo di vita: impatto ambientale dell'idrogeno verde

Uno studio comparativo del 2023 ha rilevato che le emissioni nel ciclo di vita dell'idrogeno verde sono 96% in meno rispetto ai sistemi basati su gas naturale quando si utilizza energia eolica offshore. Il consumo di acqua rimane del 30% inferiore rispetto ai metodi da carbone a idrogeno.

Creazione di Posti di Lavoro nei Settori delle Rinnovabili e dell'Idrogeno

La filiera dell'idrogeno verde è destinata a creare 2,3 milioni di posti di lavoro a livello globale entro il 2035 , in particolare nella produzione di elettrolizzatori e nelle fattorie solari ed eoliche ibride. Paesi come Germania e Australia registrano già una crescita annuale della forza lavoro nei ruoli legati all'idrogeno tra il 12% e il 15%.

Trend degli Investimenti e Riduzione dei Costi

I costi degli elettrolizzatori sono diminuiti del 60% dal 2015, con un costo previsto di produzione dell'idrogeno verde pari a 1,50 USD/kg entro il 2030, ovvero una riduzione del 75% riduzione del 64% rispetto ai prezzi del 2022. Gli investimenti globali hanno superato i 320 miliardi di dollari nel 2023, sostenuti da partenariati pubblico-privati all'interno di 48 strategie nazionali sull'idrogeno.

Indipendenza Energetica e Vantaggi Geopolitici

Passare all'idrogeno verde prodotto a livello nazionale potrebbe ridurre i costi di importazione energetica dei paesi dell'UE di 110 miliardi di dollari annualmente, mitigando nel contempo le interruzioni della catena di approvvigionamento causate dalla volatilità del mercato dei combustibili fossili.

Applicazioni industriali e progressi tecnologici

Abilitare la decarbonizzazione in settori difficili da ridurre come l'acciaio e l'ammoniaca

La transizione verso l'idrogeno verde sta creando onde in settori che da tempo dipendono dai combustibili fossili. Prendiamo ad esempio la produzione siderurgica, responsabile di circa il 7% delle emissioni globali di CO2 secondo il rapporto IRENA del 2023. Quando le aziende sostituiscono i tradizionali metodi a carbone con tecniche di riduzione diretta basate sull'idrogeno, riescono a ridurre le emissioni di circa il 95% per ogni tonnellata di acciaio prodotta. Ma non è solo l'acciaio. I produttori di ammoniaca che passano dal gas naturale all'idrogeno verde riescono a eliminare circa 1,8 tonnellate di CO2 per ogni tonnellata di ammoniaca prodotta. Questi dati non sono solo impressionanti sulla carta, ma rappresentano cambiamenti concreti già in atto in fabbriche e impianti in tutto il mondo.

Idrogeno verde nei trasporti pesanti e nel settore marittimo

Le celle a combustibile a idrogeno stanno superando i limiti delle batterie per camion pesanti e navi cargo, offrendo un'autonomia di 600-800 km per rifornimento. Le prove nel settore marittimo mostrano che le imbarcazioni alimentate a idrogeno riducono le emissioni di ossidi di azoto del 35% rispetto al gasolio marino convenzionale.

Utilizzo nella generazione di energia e nel riscaldamento residenziale

Le utility stanno miscelando fino al 20% di idrogeno con il gas naturale nei gasdotti esistenti, con progetti pilota europei che dimostrano una riduzione del 12% delle emissioni di carbonio nei sistemi di cogenerazione. Il progetto giapponese ENE-FARM ha installato 460.000 celle a combustibile a idrogeno per uso residenziale dal 2020.

Innovazione nelle tecnologie di stoccaggio, trasporto e celle a combustibile

Tra le recenti innovazioni rientrano:

• Serbatoi criogenici di idrogeno liquido che raggiungono un'efficienza di stoccaggio del 97%
• Vettori organici liquidi di idrogeno che consentono un trasporto marittimo sicuro
• Celle a combustibile a ossido solido che raggiungono un'efficienza elettrica del 65% (DOE 2023)

Applicazioni per il bilanciamento della rete e lo stoccaggio dell'energia

I parchi eolici tedeschi utilizzano ora elettrolizzatori da 140 MW per convertire l'energia in eccesso in idrogeno durante i picchi di produzione, stabilizzando le reti elettriche e producendo 2.800 tonnellate/anno di idrogeno per uso industriale.

Adozione globale e prospettive future per l'idrogeno verde

Mercati emergenti e progetti pilota in tutto il mondo

I mercati dell'idrogeno verde in tutto il mondo stanno crescendo a un ritmo straordinario in questo momento, con progetti sperimentali che stanno sorgendo in più di trentacinque nazioni diverse. Prendiamo l'Arabia Saudita, ad esempio: il loro progetto NEOM mira a produrre circa seicentocinquanta tonnellate di idrogeno pulito ogni giorno entro il 2026. Dall'altra parte, in Australia, l'Asian Renewable Energy Hub ha ambizioni ancora più grandi, puntando a tre milioni e mezzo di tonnellate all'anno entro la fine del prossimo decennio. Anche paesi economicamente meno sviluppati stanno entrando in gioco. Luoghi come il Cile e la Namibia dispongono di enormi quantità di energia solare ed eolica attualmente inutilizzate, pertanto si stanno posizionando come potenziali esportatori. Solo la società cilena HIF Global prevede di costruire quattordici gigawatt di elettrolizzatori intorno al 2040. Guardando al futuro, la maggior parte delle previsioni suggerisce che potremmo raggiungere quasi cinquanta milioni di tonnellate di produzione annuale di idrogeno verde entro il 2030, ovvero circa cinque volte il valore registrato nel 2023.

Supporto Normativo e Collaborazioni Internazionali che Accelerano l'Adozione

I responsabili politici di tutto il mondo stanno spingendo con maggiore forza per far decollare le loro strategie sull'idrogeno. L'Unione Europea ha stabilito un obiettivo ambizioso nella sua Strategia sull'Idrogeno, prevedendo di produrre almeno 10 milioni di tonnellate di idrogeno verde entro i propri confini entro il 2030. Questo obiettivo è accompagnato anche da incentivi piuttosto generosi, come lo sgravio fiscale di 3 dollari al chilogrammo previsto dall'Inflation Reduction Act americano. Intanto, oltre il Pacifico, il Giappone sta adottando un approccio completamente diverso. La sua Strategia di Base sull'Idrogeno si concentra sull'importazione di forniture da paesi come Australia e Brunei, invece che sulla costruzione di impianti produttivi domestici su vasta scala. Anche la cooperazione internazionale sta prendendo piede, con iniziative come il Patto d'Azione sull'Idrogeno del G7 che collabora a stretto contatto con organizzazioni come l'Alleanza Africa Green Hydrogen. Queste collaborazioni mirano a sviluppare infrastrutture che superino i confini nazionali, riducendo alla fine i costi di produzione, in modo da poter assistere a prezzi inferiori a 1,50 dollari al chilogrammo entro la fine di questo decennio grazie a operazioni su scala più ampia.

Superare le carenze infrastrutturali e le sfide del settore

L'Agenzia Internazionale per le Energie Rinnovabili (IRENA) sta parlando di un problema piuttosto serio. Stima che entro il 2030 mancheranno circa 1,5 trilioni di dollari per le infrastrutture necessarie a tutti quegli impianti produttivi, oleodotti e stazioni di rifornimento di cui abbiamo bisogno. Gli elettrolizzatori costano ancora troppo per la maggior parte delle aziende, ma le cose stanno migliorando. I prezzi sono effettivamente calati notevolmente dal 2018, diminuendo di circa un terzo fino a raggiungere oggi i 800 dollari al kW per i sistemi alcalini. I principali attori del settore stanno lavorando ai problemi di stoccaggio utilizzando tecnologie piuttosto innovative, come l'idrogeno liquido criogenico e il trasporto tramite ammoniaca. È importante anche far convergere tutti sugli standard. L'Unione Europea ha un sistema di Garanzia di Origine che necessita di una più ampia adozione se vogliamo compiere progressi reali verso gli obiettivi di neutralità climatica del 2050 stabiliti alla COP28 dello scorso anno. E non dimentichiamo di espandere i porti in modo che questi carburanti verdi possano muoversi oltre confine in modo efficiente.

Domande frequenti

Cos'è l'idrogeno verde?

L'idrogeno verde è prodotto utilizzando fonti di energia rinnovabili, come l'energia eolica o solare, attraverso il processo di elettroli­si, che separa l'acqua in idrogeno e ossigeno senza emettere anidride carbonica.

In che modo l'idrogeno verde differisce da altri tipi di idrogeno?

L'idrogeno verde è diverso dall'idrogeno grigio e blu in quanto non produce emissioni dirette di carbonio. L'idrogeno grigio è prodotto da gas naturale ed emette CO2, mentre l'idrogeno blu utilizza la cattura e lo stoccaggio del carbonio (CCS) per ridurre al minimo queste emissioni.

Che ruolo svolgono le energie rinnovabili nella produzione di idrogeno verde?

L'energia rinnovabile è essenziale nella produzione di idrogeno verde perché fornisce l'elettricità necessaria per l'elettrolisi senza produrre gas serra.

Quali sono le principali sfide per aumentare la produzione di idrogeno verde?

Tra le principali sfide figurano gli elevati requisiti energetici per la produzione, la necessità di infrastrutture di energia rinnovabile su larga scala e i problemi della catena di approvvigionamento dei materiali rari utilizzati negli elettrolizzatori.

L'utilizzo di idrogeno verde ha benefici economici?

L'idrogeno verde può creare posti di lavoro nei settori delle fonti rinnovabili e dell'idrogeno, ridurre l'inquinamento atmosferico, ridurre le emissioni di gas a effetto serra e offrire indipendenza energetica riducendo la dipendenza dalle importazioni di combustibili fossili.