Idrogeno e difesa ambientale

Si è aperto il "G7" a Venaria Reale

di Sergio Cipri

"G7" al via, mentre è presente sui social e media l'eco della manifestazione di ieri pomeriggio, domenica 28 aprile: un migliaio di persone in corteo con in testa lo striscione Lottiamo contro le vostre guerre a difesa delle nostre terre, che ha portato la protesta nel centro cittadino e bloccando anche il traffico automobilistico sulla tangenziale.

Alla Reggia di Venaria Reale (Torino), dunque, è cominciata la due giorni del Gruppo dei 7, l'organizzazione che rappresenta le sette nazioni più industrializzate del mondo: Canada, Francia, Germania, Giappone, Italia, Regno Unito, Stati Uniti. Fino alla guerra in Ucraina, del gruppo ha fatto parte anche la Russia. E' il primo summit di verifica dopo la Cop28 di Dubai. Prima sessione di lavoro dedicata a Clima e Energia; la giornata si concluderà con la la sessione Ambiente.

La delegazione italiana è guidata dal ministro dell'Ambiente e della Sicurezza energetica Gilberto Pichetto Fratin, dal viceministro Vannia Gava e dal sottosegretario Claudio Barbaro. Insieme con i ministeri dei sette paesi, sono è presente la Commissione europea con i Commissari all'Energia Kadri Simson, al Clima Wopke Hoekstra e all'Ambiente Virginijus Sinkeviius.

Per l'Italia, paese estremamente fragile per la morfologia e i guasti causati al territorio, prosegue l'attenzione dedicata a progetti finalizzati a garantire la sicurezza del sistema energetico e compatibili agli obiettivi climatici. Ed è a questo aspetto che guarda l'articolo di Sergio Cipri, che si sofferma su un tema estremamente controverso: la produzione di idrogeno per ridurre le emissioni di CO2.

Gli eventi climatici catastrofici, sempre più frequenti, hanno avuto come conseguenza un aumento della sensibilità nei confronti della difesa del pianeta e quindi anche della razza umana contro lo sfruttamento selvaggio delle risorse della terra e della parallela produzione di inquinanti.

Negli anni dal 1975 ad oggi la popolazione mondiale è cresciuta, in 50 anni, da 4 miliardi agli attuali 8.5 miliardi. A questo aumento hanno sopperito due tipologie di risorse necessarie alla sopravvivenza: il cibo e l’energia. Teniamo conto che anche il cibo consuma energia per la sua produzione e quindi, ai fini di questo articolo, possiamo concentrarci sulla necessità di energia. Questa necessità è in continua ascesa per il combinato disposto dell'aumento della popolazione e del miglioramento delle condizioni di vita.

Il superamento dei combustibili fossili

Fino ad oggi la principale fonte di energia utilizzata dall'umanità è costituita dagli idrocarburi. La produzione di anidride carbonica e di altri inquinanti derivanti dallo sfruttamento degli idrocarburi è ormai accettata universalmente come la causa primaria dell'aumento della temperatura globale del pianeta e delle conseguenti trasformazioni che stanno portando inevitabilmente l'umanità a confrontarsi con condizioni di vita, possiamo dire di sopravvivenza, sempre più estreme.

Fra le fonti di energia non inquinanti l'idrogeno ha da tempo attirato l'attenzione per le sue caratteristiche di abbondanza in natura e di totale assenza di inquinanti prodotti dal suo utilizzo. Parliamo di quello che viene chiamato idrogeno verde che significa prodotto utilizzando fonti di energia rinnovabili e non inquinanti. Vedremo in questo articolo di analizzare vantaggi, svantaggi e impieghi di elezione di questa forma di energia.

Vantaggi:

Zero Emissioni Locali. Quando viene utilizzato in veicoli a celle a combustibile, l'idrogeno produce solo acqua come sottoprodotto, eliminando le emissioni inquinanti locali.

Elevata Efficienza Energetica. I veicoli a celle a combustibile possono avere un'efficienza energetica superiore rispetto ai veicoli tradizionali a combustione interna.

Rifornimento Rapido. Il rifornimento di veicoli a idrogeno può essere rapido, simile al rifornimento di veicoli convenzionali a benzina o diesel, rispetto ai tempi di ricarica più lunghi delle batterie elettriche.

Flessibilità di Utilizzo. L'idrogeno può essere utilizzato in una varietà di veicoli, inclusi autobus, camion, treni e navi.

Svantaggi:

Produzione di Idrogeno. Attualmente, gran parte dell'idrogeno viene prodotto da fonti non rinnovabili come il gas naturale attraverso processi di riforma del metano, che emettono CO2. Anche la produzione da fonti rinnovabili con l'elettrolisi dell'acqua richiede molta energia che, se proveniente da gas o idrocarburi, elimina all’origine il vantaggio.

Infrastrutture di Rifornimento. La costruzione di infrastrutture di rifornimento per l'idrogeno è ancora limitata e richiede investimenti significativi. La realizzazione di reti  sufficientemente distribuite è necessariamente una questione, se si cerca un reale utilizzo, che va oltre la stessa dimensione nazionale

Stoccaggio e Trasporto. L'idrogeno è difficile da stoccare e trasportare in modo efficiente a causa della sua bassa densità energetica e della sua tendenza a diffondersi attraverso i materiali. Il trasporto in forma gassosa - e quindi anche il rifornimento dei veicoli - avviene alla pressione notevole di 700 Bar. Non meno complesso il trasporto in forma liquida che deve avvenire ad una temperatura di -250 gradi centigradi.

Costi Elevati. Attualmente, i veicoli a idrogeno e l'idrogeno stesso sono costosi rispetto alle alternative convenzionali. E’ presumibile che la ricerca e la diffusione dell’utilizzo portino nel tempo ad una riduzione e ad una maggiore competitività con i sistemi attuali.

Inesistenti costi di smaltimento

Dall’analisi dei vantaggi e degli svantaggi elencati è possibile dedurre un ragionamento sulle tipologie di trasporto dove questa forma di energia è vincente. Occorre premettere che la convenienza di un certo tipo di utilizzo deve prendere in considerazione l’intero ciclo di vita del sistema: energia necessaria per la produzione, investimenti tecnologici, costi di stoccaggio, trasporto, erogazione, costo dei veicoli adatti, efficienza di produzione e di utilizzo. Fortunatamente non vi sono costi di smaltimento rifiuti e abbattimento di inquinanti.

La prima osservazione riguarda l’energia utilizzata per la produzione dell’idrogeno: se non proviene da fonti rinnovabili azzera all’origine ogni vantaggio ai fini del contenimento del riscaldamento globale. Se si pensa che la produzione di energia da fonti rinnovabili oggi non copre neppure l’aumento della richiesta globale di energia (l’obiettivo è che invece entro il 2050 sostituisca questa richiesta!) diventa evidente che il successo di un investimento sull’idrogeno è ipotecato dal parallelo successo in un aumento massiccio della produzione di energia da fonti rinnovabili.

Superato, ipoteticamente, questo primo ostacolo possiamo passare alla valutazione della convenienza rispetto alle alternative “Green”, che sono il motore a idrogeno e il motore elettrico, quest’ultimo alimentato da batterie oppure dall’energia elettrica ottenuta dalla conversione di idrogeno attraverso celle a combustibile.

L’auto elettrica alimentata a batterie è ormai una realtà collaudata. Dopo un periodo ponte coperto dai modelli ibridi la transizione alla trazione totalmente elettrica è soltanto rallentata dalla ancora Limitata disponibilità capillare di punti di ricarica e dalla relativa lentezza del processo. Entrambi i problemi sembrano in attenuazione: la rete delle colonnine per la ricarica è in rapida espansione e la ricerca sulle batterie ha già fortemente ridotto i tempi di ricarica. Se dimentichiamo la questione della fonte che produce l’energia elettrica, ancora fortemente dipendente dagli idrocarburi, possiamo parlare di una tecnologia matura.

L’efficienza del motore elettrico è di circa l’80-90%, senza confronti rispetto al 25-30% di quello a combustione interna. Non prendiamo in considerazione il motore termico che usa l’idrogeno come combustibile in sostituzione della benzina: il suo rendimento è simile alla benzina, ma le dimensioni e la complessità di un serbatoio che regga una pressione di 700kg/cm quadro lo rendono inutilizzabile in una normale automobile. Il confronto va fatto con la soluzione a celle a combustibile, dove l’idrogeno viene convertito in energia elettrica e alimenta un normale motore elettrico. L’efficienza complessiva del sistema è oggi intorno al 30-40%, di poco superiore a quella del motore termico, ma con l’indubbio vantaggio dell’assenza di inquinanti.

Tecnologie complementari

L’alimentazione a idrogeno rispetto a quella a batteria ha l’indubbio vantaggio di un tempo di ricarica paragonabile al pieno a un distributore di carburante, ma con una efficienza molto più bassa, una maggiore complessità del serbatoio dell’idrogeno e dell’operazione di ricarica. Questo sistema, inoltre, richiede una rete capillare di trasporto ed erogazione ad alta pressione dell’idrogeno con costi non paragonabili a quella necessaria per una banale ricarica elettrica. E’ quindi ragionevolmente da escludere uno sviluppo significativo del trasporto privato con auto a idrogeno.

Dove una simile tecnologia trova la sua giustificazione? Camion, autobus, treni, navi. Dovunque la potenza richiesta non sarebbe ottenibile da batterie, per le dimensioni e i tempi di ricarica connessi.

L’Unione Europea ha definito le linee guida per il supporto dello sviluppo del trasporto fino al 2050. I negoziatori di Parlamento e Consiglio dell’Ue hanno dettagliato nuove soglie temporali. Entro il 2026 lungo la rete centrale Ten-T (la dorsale autostradale principale europea) dovrà essere prevista l’installazione ogni 60 chilometri di stazioni di ricarica per auto elettriche con una potenza di almeno 400 chilowatt (con la potenza della rete che dovrà aumentare a 600 chilowatt entro il 2028), mentre l’obbligo di stazioni di ricarica ogni 120 chilometri per camion e autobus (con una potenza da 1400 kW a 2800 kW, a seconda della strada) sarà introdotto entro il 2028. Per quanto riguarda invece le stazioni di rifornimento di idrogeno, l’installazione dovrà avvenire entro il 2031 e almeno ogni 200 chilometri. Saranno comunque previste esenzioni per regioni ultraperiferiche, isole e strade con traffico “molto scarso”.

Si sta andando quindi verso un sistema di trasporto che poggia su due tecnologie complementari alimentate da due infrastrutture a capillarità differenti: una rete più fitta di stazioni di ricarica per veicoli a batteria affiancata da una a più bassa capillarità, più complessa e costosa, con stazioni di ricarica di idrogeno per grandi veicoli. Il propulsore alla fine dei due sistemi di alimentazione sarà in ogni caso il motore elettrico.