L'idrogeno bianco sarà davvero la soluzione?

Nel corso di questo articolo cercheremo di fare maggiore chiarezza riguardo l'idrogeno bianco, uno dei temi più dibattuti in ambito energetico negli ultimi tempi e che potrebbe davvero rappresentare il punto di svolta nella diffusione capillare dell'idrogeno su larga scala.

Partiamo con qualche dato tecnico: l'idrogeno non è una fonte energetica, bensì un vettore energetico (definizione di vettore energetico estrapolata da Wikipedia: "composto in grado di veicolare l'energia da una forma ad un'altra"), è il primo elemento della tavola periodica, nonché l'elemento maggiormente presente nell'universo osservabile (ne costituisce circa il 75%) e presenta elevata densità energetica.

Peccato che sulla superficie terrestre non sia praticamente presente nella sua forma molecolare (H₂), ma questa affermazione, valida fino ad oggi, potrebbe essere superata proprio con la scoperta del cosiddetto "idrogeno bianco", ma su questo arriveremo nel corso dell'articolo.

Per quale motivo allora si parla tanto di idrogeno?

L'idrogeno è un gas che a contatto con l'ossigeno brucia, e da questa combustione, che non emette CO₂ bensì acqua ed energia, vi sono numerose potenzialità, che vanno dall'alimentazione dei motori delle automobili (tecnologia su cui non ci soffermeremo in questo articolo ma di cui abbiamo già tanto parlato all'interno del nostro sito) al riscaldamento della abitazioni, all'alimentazione dei processi produttivi, con la possibilità di immagazzinarlo all'interno di accumuli e trasportarlo sfruttando in parte la rete di distribuzione del gas già esistente.

E così come è vero che la molecola H₂ non è disponibile sulla terra, se non in quantità molto ridotte, è vero anche che ci sono dei composti chimici che abbondano e in cui l'idrogeno è legato con altri atomi, basti pensare all'acqua, formata da H₂ + O, oppure al metano "CH₄".

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Idrogeno verde, grigio e blu

Attraverso dei processi chimici di "separazione", è attualmente possibile ottenere la molecola H₂; il metodo più famoso è l'elettrolisi, che partendo dall'acqua, consente la separazione delle molecole di idrogeno da quelle di ossigeno tramite l'apporto di energia elettrica, che se prodotta mediante fonti rinnovabili, per esempio fotovoltaico o eolico, ci porta ad avere il cosiddetto "idrogeno verde" (o green), metodo su cui l'Unione Europea sta investendo grandi capitali, in linea con gli obiettivi di decarbonizzazione presenti all'interno del Green Deal.

Ad oggi, la fonte prevalente con cui viene prodotto l'idrogeno è però il gas naturale (come il metano) tramite il processo di "reforming", ed in questo caso di parla di "idrogeno grigio", in quanto sono presenti emissioni di CO₂; il "focus ENEA" n.DOI 10.12910/EAI2022-061, ci dice che tre quarti dell'idrogeno a livello mondiale, circa 70 milioni di tonnellate, sono derivati dal gas naturale, utilizzando circa 205 miliardi di metri cubi di gas naturale e con l'emissione di 10 tonnellate di CO2 per tonnellata di idrogeno (tCO2/tH2).

Se a seguito della produzione dell'idrogeno grigio si provvede alla cattura ed al sequestro della CO₂ emessa durante il processo produttivo, si parla allora di idrogeno blu. Abbiamo elencato tanti "colori", ma di fatto i casi pratici di utilizzo nella nostra vita sono ancora molto limitati.

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Quali sono i limiti attuali dell'idrogeno?

Se l'idrogeno avesse solo aspetti positivi, con molta probabilità saremmo circondati da veicoli alimentati ad idrogeno e le nostre abitazioni sarebbero riscaldate sfruttando l'idrogeno, ma così non è, ed il principale limite è legato proprio alla produzione stessa dell'idrogeno.

A tal proposito citiamo lo studio Re-Common, che nel caso ideale dell'idrogeno green, ottenuto per mezzo di elettrolisi abbinata a fonti rinnovabili e conseguente accumulo di H₂, evidenzia l'elevato consumo di risorse: 9 litri di acqua per la produzione di 1 Kg di idrogeno (quindi 9.000 litri di acqua per una tonnellata di H₂) e tra 50 e 60 kWh di energia elettrica, con un rendimento di circa il 29-35% causato da perdite ed inefficienze del sistema durante tutto il ciclo, dalla produzione, al trasporto ed infine allo stoccaggio.

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Il tutto porterebbe quindi ad un elevato costo energetico, e se è vero che l'energia prodotta mediante fonti rinnovabili è gratuita, lo studio afferma che la produzione di idrogeno porterebbe ad uno spreco del 70% dell’energia rinnovabile accumulata, quindi come se i due terzi degli impianti producessero energia a perdere con evidente consumo di suolo; chiaramente un sistema che allo stato attuale presenta molte più inefficienze rispetto all'accumulo diretto dell'energia elettrica nelle batterie abbinate ad un sistema totalmente elettrico.

Come abbiamo detto, l'alternativa, nonché il processo più utilizzato al momento dato che costa circa un terzo rispetto al processo di elettrolisi, è quella di ottenere la molecola H₂ dal gas naturale come il metano tramite il processo di reforming; peccato che questo processo preveda l'emissione di CO₂ in ambiente, non proprio il massimo se cerchiamo di soppiantare i combustibili fossili con una fonte "pulita".

L'idrogeno bianco è la soluzione a tutti i problemi dell'idrogeno?

Tutte le problematiche che abbiamo riportato in precedenza e che in sostanza stanno bloccando la diffusione dell'idrogeno su larga scala, sono legate principalmente alla sua produzione, per via dei costi elevati e del consumo energetico. E se non fosse più necessario "produrre" l'idrogeno tramite la scissione di molecole, ma lo trovassimo direttamente in natura? Lo scenario potrebbe cambiare?

In effetti la situazione sarebbe sostanzialmente stravolta, ed è proprio qui che introduciamo l'idrogeno bianco, detto anche "idrogeno naturale" in quanto potenzialmente presente in cavità naturali nel sottosuolo, come riportato in via teorica in uno studio dell'US Geological Survey che ne ipotizzava più di 5 mila miliardi di tonnellate sotto ai nostri piedi (non tutte utilizzabili a causa delle elevate profondità).

La vera svolta risiederebbe in primis nel drastico abbassamento dei costi di produzione, con l'idrogeno che passerebbe a costare dal prezzo attuale che arriva anche a 6 €/Kg nel caso dell'elettrolisi, a circa 1 €/Kg, con un notevole risparmio di risorse idriche ed energetiche, che sarebbero impiegate "solamente" più per pompare l'idrogeno al di fuori delle cavità naturali dove si trova.

La riserva francese

La scorsa estate, nella regione francese della Lorena, è stata fatta una scoperta sensazionale: al di sotto di vecchie cave minerarie ormai abbandonate è stata infatti trovata un'enorme riserva di idrogeno naturale, che dalle stime potrebbe raggiungere le 46 milioni di tonnellate; si tratta all'incirca di più della metà dell'attuale produzione annua di idrogeno, che è per lo più "grigio", come abbiamo detto.

Ricerche analoghe sono in corso anche in molti altri Paesi come il Mali, la Finlandia, gli Stati Uniti, ma anche in Italia sono in corso delle ricerche tramite il progetto NHEAT finanziato con parte dei fondi del PNRR, e che sta concentrando le ricerche nel Lazio e in Liguria.

Va però detto che, per ora, le notizie sono per lo più giornalistiche e poco tecniche, con molti punti interrogativi, a partire dal fatto che il processo di formazione dell'idrogeno bianco non è chiaro ed i giacimenti vengono ancora scoperti in modo casuale, inoltre sarà necessario verificare il grado di purezza dell'idrogeno trovato nel sottosuolo e capire gli eventuali costi di pompaggio e realizzazione dell'infrastruttura.

Sicuramente le potenzialità dell'idrogeno bianco potrebbero essere molte, soprattutto nell'ottica della transizione energetica in atto e a supporto delle fonti energetiche rinnovabili non programmabili, ma sicuramente c'è ancora molto lavoro di ricerca e sviluppo davanti a noi.

Pensi che l'idrogeno bianco possa davvero risolvere tutti gli attuali limiti dell'idrogeno?

Fonte 1 | Fonte 2