L’idrogeno rappresenta una delle soluzioni più promettenti per la transizione energetica, grazie alla sua versatilità, alle sue applicazioni in vari settori e al suo potenziale per ridurre le emissioni di CO₂ . La crescente attenzione verso l’idrogeno verde, prodotto con energie rinnovabili, è un passo fondamentale verso la decarbonizzazione di settori chiave come l’industria pesante e i trasporti. Va comunque ricordato che per sfruttare appieno le potenzialità dell’idrogeno, è necessario affrontare le sfide legate ai costi, alle tecnologie di produzione e alle infrastrutture di distribuzione. In questo contesto, una forte collaborazione tra governi, industria e istituti di ricerca sarà cruciale per accelerare lo sviluppo dell’idrogeno come pilastro della sostenibilità energetica globale.

Produzione e colori dell’Idrogeno
Nonostante le promettenti prospettive, l’idrogeno deve affrontare alcune sfide, tra cui i costi di produzione elevati e la necessità di infrastrutture adeguate per il trasporto e lo stoccaggio. L’idrogeno verde, in particolare, richiede investimenti significativi in impianti di elettrolisi e una rete di distribuzione che non è ancora completamente sviluppata. L’idrogeno non è una risorsa omogenea. La sua produzione avviene attraverso diversi processi tecnologici che differenziano il suo impatto ambientale, creando quello che è noto come “i colori dell’idrogeno.” Ognuno di questi colori corrisponde a una modalità di produzione distinta, che ha un impatto variabile sulla sostenibilità e sul costo dell’idrogeno stesso. In questo articolo, esploreremo i vari aspetti legati all’idrogeno, dalla sua produzione alle applicazioni nei settori industriali, fino agli scenari di mercato, con uno sguardo alle potenzialità future.

Classificazione colori dell’idrogeno (medium.com)

L’idrogeno può essere prodotto utilizzando diverse tecnologie, e la modalità di produzione determina la sua classificazione in base ai cosiddetti “colori” dell’idrogeno. Questi colori riflettono il processo produttivo, la fonte energetica utilizzata e le implicazioni ambientali. L’idrogeno grigio è prodotto attraverso la steam reforming del metano, un processo che comporta l’uso di combustibili fossili e genera grandi quantità di CO₂. Si tratta di un processo economico ma altamente inquinante. L’idrogeno blu, invece, si produce nello stesso modo, ma con l’aggiunta di un processo di cattura e stoccaggio del carbonio (CCS). Sebbene riduca le emissioni rispetto all’idrogeno grigio, il blu non è privo di impatti ambientali e risulta comunque meno sostenibile rispetto ad altre forme di idrogeno.

L’idrogeno verde è quello prodotto utilizzando energie rinnovabili, attraverso un processo chiamato elettrolisi dell’acqua. In questo processo, l’acqua viene scissa in idrogeno e ossigeno tramite l’uso di elettricità prodotta da fonti rinnovabili come il solare, l’eolico o l’idroelettrico. Questo tipo di idrogeno è completamente privo di emissioni di CO₂ e rappresenta la soluzione ideale per la decarbonizzazione dei settori più difficili da elettrificare. Inoltre, ci sono altre varianti di idrogeno che si distinguono per la fonte di energia utilizzata nel processo di produzione. L’idrogeno rosa viene prodotto tramite elettrolisi, ma utilizzando energia nucleare, mentre l’idrogeno giallo è quello prodotto tramite elettrolisi utilizzando energia da fonti rinnovabili quando questa è disponibile in abbondanza. L’idrogeno turchese, infine, si ottiene attraverso un processo di pirolisi del metano, che, pur comportando la produzione di idrogeno, cattura anche il carbonio sotto forma di solido, riducendo le emissioni. Infine, l’idrogeno marrone e nero sono prodotti tramite gasificazione del carbone, con la conseguente produzione di grandi quantità di CO₂. Questo processo è altamente inquinante e non è considerato una soluzione sostenibile. In generale, la produzione di idrogeno verde è considerata la più promettente per un futuro sostenibile, ma è ancora costosa e dipende dalla disponibilità di energia rinnovabile.

Schema di stoccaggio dell’energia tramite idrogeno

Applicazioni
L’idrogeno ha una vasta gamma di applicazioni, che spaziano dall’industria al settore dei trasporti, fino alla produzione di energia e alla generazione di calore. La sua versatilità lo rende particolarmente adatto ad affrontare le sfide legate alla transizione energetica. L’industria chimica è uno dei maggiori utilizzatori di idrogeno. Viene impiegato principalmente nella produzione di ammoniaca, utilizzata come fertilizzante, e nella desolforazione dei combustibili fossili. Inoltre, l’idrogeno è essenziale per la produzione di metanolo, un altro prodotto chimico di largo impiego. Nel settore dei trasporti, l’idrogeno è visto come una soluzione fondamentale per ridurre le emissioni di CO₂, soprattutto nei veicoli pesanti e nei trasporti marittimi e aerei, dove le batterie elettriche non sono sufficientemente efficienti. I veicoli a celle a combustibile a idrogeno (FCEV) sono già una realtà, con case automobilistiche come Toyota, Hyundai e Honda che hanno sviluppato auto a idrogeno. Inoltre, l’idrogeno può essere impiegato per alimentare camion, treni e navi.

L’idrogeno ha un potenziale enorme come mezzo di stoccaggio dell’energia. Poiché può essere prodotto quando l’energia rinnovabile è abbondante e immagazzinato per essere utilizzato successivamente, l’idrogeno gioca un ruolo cruciale nell’equilibrio della rete elettrica, consentendo di compensare la variabilità delle fonti rinnovabili. L’idrogeno può anche essere utilizzato per alimentare turbine o celle a combustibile in impianti di generazione di energia. L’industria pesante, come quella dell’acciaio e del cemento, è uno dei principali settori difficili da decarbonizzare. L’idrogeno rappresenta una delle soluzioni per ridurre le emissioni in questi settori. Per esempio, l’idrogeno può sostituire il carbone nei forni ad alta temperatura utilizzati nella produzione di acciaio, riducendo significativamente le emissioni di CO₂.

Milioni di tonnellate di idrogeno esportate secondo le stime tra il 2020 e il 2030 (IEA)

Mercati e Scenari
L’industria dell’idrogeno è in forte crescita a livello globale, con scenari che promettono una rapida espansione nei prossimi decenni. Secondo le stime, il mercato globale dell’idrogeno industriale è destinato a crescere a un ritmo accelerato, con un valore di mercato che potrebbe superare i 180 miliardi di dollari entro il 2027, grazie alla crescente domanda di idrogeno verde e alla transizione verso tecnologie a basse emissioni. In Italia, l’idrogeno ha un ruolo centrale nella strategia di decarbonizzazione. Il governo italiano ha messo a punto un piano nazionale per lo sviluppo dell’idrogeno, con l’obiettivo di arrivare a un’economia a basse emissioni di carbonio. Questo piano prevede investimenti in tecnologie per la produzione di idrogeno verde e nella creazione di infrastrutture per il suo trasporto e stoccaggio. Secondo alcune stime, l’Italia potrebbe attrarre fino a 18 miliardi di euro in investimenti nel settore dell’idrogeno nei prossimi anni, con un focus particolare sulla produzione di idrogeno verde, grazie alla presenza di un’ampia capacità di energie rinnovabili.

Da Simplifhy un sistema Power-to-Gas per il Centro Ricerche di Sotacarbo, in Sardegna.

Il caso Simplifhy
Simplifhy, un’azienda italiana focalizzata sulla decarbonizzazione industriale, ha recentemente sviluppato un sistema Power-to-Gas presso il Centro Ricerche Sotacarbo, dedicato alla produzione e allo stoccaggio di idrogeno ad alta purezza. L’impianto utilizza tecnologie avanzate di elettrolisi, combinando elettrolizzatori PEM (Proton Exchange Membrane) e AEM (Anion Exchange Membrane) per ottimizzare l’efficienza e sfruttare i vantaggi di entrambe le tecnologie. Questa configurazione consente una produzione di idrogeno più sostenibile e performante. Il sistema Power-to-Gas permette anche la produzione di combustibili liquidi sintetici, contribuendo a gestire l’energia in eccesso attraverso l’accumulo. La tecnologia PEM assicura una rapida risposta ai cambiamenti operativi e produce ossigeno ultrapuro, che può essere riutilizzato in altri contesti industriali. La tecnologia AEM, invece, è particolarmente resistente alle impurità, rendendola adatta per impianti su larga scala e con costi di gestione contenuti. Un aspetto distintivo dell’impianto è il suo design compatto e l’elevata efficienza operativa, che riduce la complessità gestionale e migliora la sicurezza. L’uso di elettrolizzatori in grado di operare a pressioni elevate consente di ridurre le necessità di manutenzione e semplifica l’intero processo. Questa iniziativa contribuisce all’avanzamento delle tecnologie per la produzione di idrogeno e alla transizione verso un’energia più sostenibile, utilizzando soluzioni che rispondono alle esigenze di efficienza e sostenibilità nei settori industriali.