L’idrogeno e i gas rinnovabili diversificano e rafforzano il nostro approvvigionamento energetico

L'idrogeno è un po' come un mattoncino Lego dell'energia. L'elemento più abbondante nel nostro universo sembra ideale per decarbonizzare i nostri consumi, date le sue notevoli qualità:

• È molto polivalente. Lo si può utilizzare direttamente come combustibile, stoccarlo, trasformarlo in metano, in altri combustibili sintetici, o convertirlo in elettricità.
• La sua combustione diretta non emette gas ad effetto serra e il suo utilizzo in una pila a combustibile non produce altro che acqua.

Come tutte le fonti energetiche, però, l'idrogeno non è una soluzione miracolosa, perché la sua produzione e il suo utilizzo comportano vincoli importanti:

• Deve essere prodotto, il che può essere costoso e attualmente genera notevoli emissioni di gas ad effetto serra. Oltre il 90% dell'idrogeno viene prodotto dal gas naturale o dal carbone, per essere utilizzato come materia prima nell'industria. Questa situazione potrebbe cambiare in modo significativo grazie alla cattura e allo stoccaggio delle emissioni derivanti da questo metodo di produzione (idrogeno «blu»), allo sviluppo della produzione di idrogeno «verde» e all'esistenza di depositi di idrogeno (idrogeno «bianco»).
• Un chilogrammo di idrogeno contiene tre volte l'energia di un chilogrammo di petrolio, ma occupa un volume di circa 11m3 a pressione atmosferica ambiente. Può essere trasportato tramite condutture, ma la sua bassa densità significa che deve essere compresso molto fortemente o liquefatto per poter essere trasportato in un volume ragionevole.

Nel 2022, la produzione globale di idrogeno ha raggiunto i 95 milioni di tonnellate. Questo gas è utilizzato quasi esclusivamente dall'industria e proviene per il 99% da combustibili fossili, il che provoca notevoli emissioni di gas ad effetto serra. La Cina è il maggior produttore. Cina, Stati Uniti, India, Russia e Medio Oriente, producono il 70% dell'idrogeno a livello mondiale.

Per sviluppare l'uso dell'idrogeno, soprattutto come vettore energetico, dobbiamo rendere la sua produzione neutrale dal punto di vista climatico. Ciò significa sviluppare massicciamente impianti di elettrolisi alimentati da elettricità decarbonizzata, che estraggono questo gas dall'acqua. Il costo di questo metodo di produzione è attualmente da due a tre volte superiore a quello dei metodi convenzionali e dipende fortemente dal prezzo dell'elettricità. Per rendere la produzione competitiva, la strada più promettente è quella di localizzarla in paesi molto soleggiati, come quelli del Maghreb o del Medio Oriente, dove l'elettricità fotovoltaica è molto economica. È anche possibile utilizzare l'eccedenza di produzione di elettricità rinnovabile in Europa. Ma è improbabile che questa opzione sia redditizia in Svizzera.

Oggi l'idrogeno è utilizzato principalmente come materia prima nei processi industriali (ad esempio per produrre ammoniaca o negli impianti di raffinazione). Il suo utilizzo come fonte di energia per la propulsione, il riscaldamento o la generazione di elettricità è ancora molto marginale.

In futuro, l'uso dell'idrogeno è destinato ad aumentare e a diversificarsi. L'Agenzia Internazionale dell'Energia (AIE) stima che la domanda raggiungerà i 215 milioni di tonnellate entro il 2035 e i 430 milioni di tonnellate entro il 2050 . Ciò richiederà una grande espansione degli impianti di produzione di idrogeno "pulito", delle reti di trasporto e di stoccaggio.

L’idrogeno permette di soddisfare in particolare i seguenti bisogni:

• Sostituire i combustibili fossili in alcuni settori, ad esempio nei processi industriali che richiedono alte temperature, per alimentare le centrali elettriche o le reti di teleriscaldamento.
• Immagazzinare l'elettricità rinnovabile in eccesso, che verrebbe convertita in idrogeno tramite elettrolisi dell'acqua, quindi utilizzata sotto forma di gas o trasformata in derivati (ad esempio metano o ammoniaca).
• Per alimentare veicoli commerciali o imbarcazioni dove l'uso di una propulsione elettrica a batteria non è tecnicamente o economicamente fattibile.

L'idrogeno «verde» sta attualmente attirando molta attenzione. Ma c'è un'intera gamma di gas rinnovabili che offre prospettive interessanti. Sono già disponibili sul mercato quantità significative di biometano. È anche possibile produrre metano combinando idrogeno e CO2, nonché biogas da rifiuti organici. Anche i combustibili liquidi possono essere prodotti nello stesso modo (synfuels). Il biogas è un settore in cui la Svizzera ha svolto un ruolo pionieristico e attualmente rappresenta quasi il 10% del gas consumato nel nostro paese. Una parte consistente viene importata, a causa del limitato potenziale di produzione in Svizzera. L'ammoniaca può essere prodotta anche con il processo Haber-Bosch. Questi altri gas o i loro derivati liquidi diversificano le nostre fonti energetiche. Per volumi comparabili, hanno una densità energetica superiore a quella dell'idrogeno e possono utilizzare le infrastrutture di trasporto esistenti. Di conseguenza, hanno il potenziale per aumentare rapidamente la sicurezza dell'approvvigionamento e per rappresentare un passo avanti verso l'era dell'idrogeno. Il loro principale svantaggio è che la loro efficienza complessiva è addirittura inferiore a quella dell'idrogeno. La loro produzione richiede quindi ancora più energia rinnovabile.