Perché l’idrogeno è essenziale per lo stoccaggio dell’energia eolica

Il problema dell'energia eolica è che non soffia sempre quando ne abbiamo più bisogno, il che può causare problemi alla rete elettrica, in particolare durante quei lunghi periodi di assenza di vento denominati «Dunkelflaute». L'idrogeno offre una soluzione trasformando l'energia eolica in eccesso in una forma immagazzinabile per un utilizzo successivo, attraverso un processo chiamato elettrolisi. Quando si verificano settimane con poca o nessuna ventilazione, questo idrogeno immagazzinato può essere convertito nuovamente in elettricità, sia mediante celle a combustibile che con turbine tradizionali. Le batterie non sono adatte per esigenze di stoccaggio a lungo termine, poiché in genere mantengono la carica al massimo per pochi giorni. È proprio in questo ambito che l'idrogeno risulta particolarmente efficace, poiché consente di immagazzinare energia per mesi consecutivi. Questo tipo di stoccaggio a lungo termine diventa assolutamente fondamentale per garantire la stabilità delle nostre reti elettriche quando, contemporaneamente in diverse zone del paese, la produzione da fonti eoliche e solari subisce un calo.

L'idrogeno non riguarda soltanto il recupero del 30-40 percento dell'energia immessa, a causa delle perdite di conversione. Il suo vero potenziale risiede anche altrove. Si pensi, ad esempio, ai settori industriali particolarmente difficili da rendere ecologicamente sostenibili: l'idrogeno può sostituire la coca nella produzione dell'acciaio, alimentare i grandi autocarri che trasportano merci tra paesi e persino fornire il calore intenso necessario per diversi processi produttivi. Secondo una ricerca condotta lo scorso anno da DNV, lo stoccaggio di idrogeno consente di ridurre di circa due terzi gli sprechi di energia eolica nei parchi eolici. Inoltre, riduce in modo significativo le emissioni provenienti dalle fabbriche. Ci troviamo quindi di fronte a una soluzione che svolge una duplice funzione: da un lato aumenta la flessibilità delle nostre reti elettriche, dall’altro contribuisce a raggiungere livelli più profondi di riduzione delle emissioni di carbonio in diversi settori.

Come funziona la produzione di idrogeno alimentata dal vento

Elettrolisi: conversione dell’elettricità eolica in eccesso in idrogeno verde

L'energia eolica in eccesso viene utilizzata quando la produzione di elettricità supera il fabbisogno attuale della rete. Questa energia in eccesso alimenta degli elettrolizzatori che decompongono le molecole d'acqua (H2O) in idrogeno e ossigeno. Il prodotto di questo processo è chiamato idrogeno verde, poiché non genera emissioni di carbonio, a differenza dell'idrogeno grigio o blu ottenuto da combustibili fossili. Questi sistemi elettrolitici possono regolare efficacemente il proprio funzionamento: aumentano la potenza quando i venti sono forti e riducono l’attività al variare delle condizioni. Grazie a questa flessibilità, si integrano particolarmente bene con le fonti rinnovabili, la cui produzione non è sempre costante.

Percorsi di stoccaggio e utilizzo: dall’idrogeno compresso alle celle a combustibile e all’industria

Una volta prodotto, l’idrogeno viene compresso per lo stoccaggio in loco oppure liquefatto per il trasporto. Le sue applicazioni riguardano diversi settori:

• Riconversione in elettricità tramite celle a combustibile durante i periodi di bassa intensità del vento
• Utilizzo diretto in processi industriali che richiedono calore di alta qualità (ad es. cemento, acciaio)
• Carburante per autocarri, treni e navi marittime a zero emissioni

Questa versatilità intersettoriale trasforma l'idrogeno in un vettore energetico strategico: non semplicemente un'alternativa alle batterie, ma un abilitatore fondamentale della decarbonizzazione su scala sistemica durante prolungati periodi di Dunkelflaute.

Integrazione reale dell'idrogeno con parchi eolici

Hywind Tampen: energia eolica offshore incontra l'idrogeno verde per la decarbonizzazione industriale

L'impianto eolico galleggiante Hywind Tampen di Equinor è attualmente il più grande al mondo, fornendo energia pulita direttamente alle piattaforme petrolifere offshore e utilizzando l’eventuale eccedenza di energia per produrre idrogeno verde. Questa imponente installazione da 88 megawatt riesce a ridurre le emissioni provenienti da tali piattaforme di circa il 35%, sostituendo di fatto tutti quei vecchi turbine a gas naturale pur mantenendo un funzionamento regolare e continuativo. Ciò che rende particolarmente interessante questo progetto è la dimostrazione concreta di come i settori industriali possano iniziare effettivamente a distaccarsi dai combustibili fossili anche prima che l’intera rete elettrica venga potenziata per gestire fonti rinnovabili su larga scala. La combinazione di energia eolica e produzione di idrogeno costituisce una soluzione pratica per settori che necessitano di un approvvigionamento energetico affidabile ma desiderano ridurre significativamente la propria impronta di carbonio.

Progetto H2Bus (Danimarca) e altri piloti su scala di rete che dimostrano la resilienza alla dunkelflaute

Il progetto H2Bus in Danimarca sfrutta l’energia eolica in eccesso quando i venti sono particolarmente intensi, la converte in idrogeno stoccato e successivamente la utilizza per mantenere in funzione gli autobus pubblici quando i venti calano. Ciò che rende interessante questo approccio è il suo effettivo contributo al bilanciamento della rete elettrica, fornendo circa tre giorni interi di energia di riserva durante quei lunghi periodi caratterizzati da scarsa ventilazione. Anche altri paesi hanno sperimentato soluzioni analoghe: lo scorso anno la Germania ha condotto alcuni test per immagazzinare l’energia rinnovabile in eccesso sotto forma di idrogeno, mentre alcune comunità scozzesi hanno sperimentato lo stesso concetto lungo le proprie coste. Queste sperimentazioni sul campo dimostrano che l’idrogeno può trasformare l’energia eolica in una fonte su cui possiamo contare durante tutto l’anno, anziché affidarci esclusivamente alle condizioni meteorologiche. In tal modo, ciò che un tempo era imprevedibile diventa una fonte affidabile per il nostro futuro energetico pulito.

Principali sfide e compromessi nei sistemi eolico-idrogeno

Efficienza vs. Durata: Gestire la perdita stagionale del 30–40% nel ciclo completo

I sistemi che convertono l’energia eolica in idrogeno subiscono sicuramente notevoli perdite energetiche lungo il percorso. L’elettrolisi ha generalmente un’efficienza compresa tra il 60 e il 70%, mentre, una volta riconvertita in energia elettrica tramite celle a combustibile, l’efficienza complessiva precipita al 30–40%. Tuttavia, molti esperti sostengono che questa soluzione risulta comunque vantaggiosa dal punto di vista economico e operativo quando si tratta di immagazzinare l’eccesso di energia eolica prodotta durante i mesi estivi per utilizzarla in inverno, quando la domanda registra un forte picco. Lo squilibrio stagionale tra offerta e domanda diventa infatti talmente ampio da non poter essere ignorato considerando esclusivamente i valori di efficienza. Sebbene le batterie possano raggiungere un’impressionante efficienza del 90% nel ciclo completo, non sono tuttavia adatte per lo stoccaggio a lungo termine. La capacità dell’idrogeno di essere immagazzinato per diversi mesi senza subire degradazioni significative è un vantaggio che nessun’altra tecnologia attualmente disponibile riesce a eguagliare su larga scala.

Carenze tecniche: flessibilità degli elettrolizzatori, ampliamento delle infrastrutture e riduzione dei costi

Le prestazioni degli elettrolizzatori con apporto variabile di energia eolica rimangono un vincolo fondamentale. Gli impianti alcalini richiedono carichi costanti, limitandone la compatibilità con una generazione intermittente, mentre i sistemi a membrana protonica (PEM) tollerano le fluttuazioni ma costano da 2 a 3 volte di più per kW. Persistono inoltre sfide infrastrutturali più ampie:

• Le reti dedicate di gasdotti per l’idrogeno sono scarse al di fuori di limitati corridoi industriali
• Lo stoccaggio su larga scala si basa su costosi serbatoi pressurizzati o su cavità saline, la cui disponibilità dipende da specifiche caratteristiche geologiche
• La produzione globale di elettrolizzatori dovrà espandersi di circa 100 volte entro il 2030 per soddisfare la domanda prevista

Per raggiungere la parità di costo con l’idrogeno di origine fossile, le spese in conto capitale devono scendere sotto i 500 USD/kW — rispetto all’attuale intervallo di 800–1.400 USD/kW — il che richiede un sostegno normativo coordinato, investimenti nella catena di approvvigionamento e standardizzazione lungo l’intera catena del valore.

Domande Frequenti

Perché l’idrogeno è preferito alle batterie per lo stoccaggio di energia a lungo termine?

L'idrogeno può immagazzinare energia per mesi, a differenza delle batterie, che di solito mantengono la carica solo per alcuni giorni. Ciò rende l'idrogeno fondamentale per garantire la stabilità della rete elettrica durante lunghi periodi di assenza di vento.

Che cos'è l'idrogeno verde e come viene prodotto?

L'idrogeno verde viene prodotto tramite elettrolisi, utilizzando l'elettricità in eccesso generata dal vento per scindere l'acqua in idrogeno e ossigeno, con conseguenti emissioni di carbonio pari a zero.

Perché l'idrogeno è considerato versatile in diversi settori?

Le applicazioni dell'idrogeno spaziano dalla riconversione in elettricità durante i periodi di bassa produzione eolica, all'impiego diretto nei processi industriali e come carburante per veicoli a zero emissioni, dimostrandone la versatilità trasversale ai vari settori.

Quali sono le principali sfide associate ai sistemi eolico-idrogeno?

Le sfide comprendono le perdite di energia durante le fasi di conversione, le limitazioni infrastrutturali e i costi elevati legati alla scalabilità degli elettrolizzatori e alle soluzioni di stoccaggio.