Alta densità energetica e flessibilità per azzerare le emissioni entro il 2050
L’idrogeno verde offre alta densità energetica e stoccaggio lungo (RDM-AI07_26)
L’idrogeno verde offre alta densità energetica e stoccaggio lungo, ideale per decarbonizzare settori Hard‑to‑Abate e trasporti pesanti
L'idrogeno verde si afferma come pilastro strategico per la decarbonizzazione globale, agendo da ponte per superare l'intermittenza delle fonti rinnovabili (eolico e fotovoltaico) attraverso lo stoccaggio a lungo termine (Power-to-Hydrogen). Con un'altissima densità energetica (1 kg equivale a circa 3 kg di petrolio) e un utilizzo totalmente pulito che genera solo vapore acqueo, questo vettore è l'unica soluzione concreta per i settori industriali Hard-to-Abate (come acciaio e cemento) e per i trasporti pesanti non elettrificabili.
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Perché utilizzare l’idrogeno come vettore
L’utilizzo dell’idrogeno come vettore energetico — ovvero come mezzo per immagazzinare, trasportare e produrre energia — è considerato una scelta strategica fondamentale per raggiungere la neutralità climatica entro il 2050
A differenza delle fonti di energia primaria, l'idrogeno permette di spostare l'energia nel tempo e nello spazio, offrendo soluzioni dove l'elettrificazione diretta non è applicabile
Alta densità energetica e pulizia d'uso
L'idrogeno possiede un vantaggio fondamentale rispetto all'elettricità: la sua elevata densità energetica per unità di massa. Un solo chilogrammo di idrogeno contiene la stessa energia di circa 3 kg di petrolio o di una tonnellata di carbone. Inoltre, è un combustibile estremamente pulito al punto d'uso: se utilizzato in una cella a combustibile o tramite combustione, produce come unico sottoprodotto vapore acqueo, eliminando le emissioni di CO2 e altri inquinanti associati ai combustibili fossili
Un solo chilogrammo di idrogeno contiene la stessa energia di circa 3 kg di petrolio o di una tonnellata di carbone (RDM-AI07_26)
Integrazione delle fonti rinnovabili e flessibilità della rete
L’idrogeno funge da "ponte" tra la produzione di energia rinnovabile e la domanda finale, risolvendo il problema dell'intermittenza di sole e vento
Gli elettrolizzatori possono assorbire l'eccesso di produzione elettrica da fonti rinnovabili (overgeneration) che altrimenti andrebbe sprecato, trasformandolo in idrogeno ("Power-to-Hydrogen")
A differenza delle batterie, ideali per cicli giornalieri brevi, l'idrogeno permette di immagazzinare enormi quantità di energia per lunghi periodi (mesi), bilanciando ad esempio l'alta produzione estiva con i consumi invernali
Decarbonizzazione dei settori "Hard-to-Abate"
I settori “Hard‑to‑Abate” sono quelli in cui ridurre le emissioni di CO₂ è particolarmente difficile, perché i processi produttivi richiedono alte temperature, grandi quantità di energia o reazioni chimiche che generano CO₂ come sottoprodotto.
Principali settori Hard‑to‑Abate
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Settore |
Motivo della difficoltà |
Soluzioni emergenti |
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Acciaio |
Serve calore >1500 °C e carbone come riducente |
Idrogeno verde, cattura CO₂ |
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Cemento |
La calcinazione libera CO₂ dai carbonati |
Forni elettrici, CCS, materiali alternativi |
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Chimica |
Reazioni con idrocarburi e uso di vapore |
Idrogeno verde, elettrificazione |
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Raffinazione e fertilizzanti |
Uso intensivo di gas naturale |
Idrogeno verde, ammoniaca verde |
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Trasporti pesanti |
Difficile elettrificare camion, treni, navi, aerei |
Idrogeno, biocarburanti, e‑fuel |
L'idrogeno è l'unica opzione praticabile per eliminare le emissioni in settori industriali e di trasporto definiti difficilmente elettrificabili
Nella siderurgia, l'idrogeno può sostituire il carbone come agente riducente per la produzione di acciaio (processo DRI), e può fornire il calore ad alta temperatura necessario nelle vetrerie e nei cementifici
È ideale per camion a lungo raggio, navi e aerei, dove il peso e i tempi di ricarica delle batterie sarebbero proibitivi
Rappresenta l'alternativa pulita ai motori diesel per le tratte ferroviarie non elettrificabili
Trasporto di energia a lunga distanza e infrastrutture esistenti
L'idrogeno può essere trasportato su lunghe distanze in modo più efficiente rispetto all'elettricità. Secondo stime di settore, trasportare energia dal Nord Africa all'Italia via gasdotto sotto forma di idrogeno costerebbe circa il 13% rispetto all'uso di una linea elettrica ad alta tensione. Inoltre, l'idrogeno può essere immesso nelle reti gas esistenti (blending), contribuendo alla decarbonizzazione immediata degli usi civili e industriali del gas naturale senza dover ricostruire l'intera infrastruttura
Versatilità chimica
Oltre all'uso energetico, l'idrogeno è una materia prima essenziale per l'industria chimica, in particolare per la produzione di ammoniaca e fertilizzanti. Passare dall'idrogeno "grigio" (fossile) all'idrogeno verde permette di azzerare le emissioni dirette di questi enormi comparti produttivi. Infine, può essere utilizzato per creare e-fuels (combustibili sintetici), offrendo ulteriori opzioni di stoccaggio e alimentazione carbon-neutral
Quale è l'efficienza nel convertire l'energia solare o eolica in idrogeno?
L’efficienza nel convertire l'energia solare o eolica in idrogeno verde dipende dalla tecnologia di elettrolisi utilizzata e dalle prospettive temporali di sviluppo. Attualmente, la produzione di idrogeno verde è considerata un processo a bassa efficienza rispetto all'uso diretto dell'elettricità, a causa delle perdite energetiche che avvengono durante le conversioni multiple (elettricità → idrogeno → energia finale)
Efficienza degli elettrolizzatori (Power-to-Hydrogen)
Si prevede che il rendimento energetico dell'elettrolisi, che trasforma l'elettricità prodotta da parchi eolici o fotovoltaici in idrogeno, aumenterà fino al 63-68%, il che significa che per produrre un chilogrammo di idrogeno occorrerebbero tra i 49 e i 53 kWh di energia.
Nel lungo termine (post-2030), il rendimento potrebbe migliorare ulteriormente, raggiungendo il 67-74%, riducendo il fabbisogno energetico a 45-49 kWh per chilogrammo di idrogeno prodotto
Una frontiera innovativa è rappresentata dalle celle PEC tandem, che scindono l'acqua utilizzando direttamente la luce solare senza passare per un elettrolizzatore esterno. Sebbene non venga indicata una percentuale fissa, le prestazioni attuali indicano che un modulo da 100 m² può produrre oltre 30 kg di idrogeno all'anno in condizioni solari europee
I processi biologici che utilizzano microalghe per convertire l'energia solare in idrogeno (biofotolisi) presentano attualmente una bassa efficienza e rese ridotte rispetto ai metodi elettrochimici, risultando per ora economicamente non fattibili su scala industriale
Le infrastrutture per il trasporto dell’idrogeno
Le infrastrutture di trasporto e stoccaggio dell'idrogeno svolgeranno un ruolo cruciale nello sviluppo dell'economia dell'idrogeno. Sebbene i gasdotti siano il modo più economico per trasportare l'idrogeno, la ristrutturazione o la costruzione di nuove infrastrutture richiede tempo.
Pertanto, lo sviluppo delle necessarie infrastrutture di trasporto e stoccaggio è fondamentale.
Liquido, solido e gassoso sono tre modi principali per trasportare e immagazzinare l'idrogeno. Ognuno ha i suoi vantaggi e svantaggi.
• Idrogeno liquido. Le molecole di idrogeno vengono raffreddate a -253°C nei terminal portuali prima di essere caricate su navi cisterna altamente isolate
• Portatori di idrogeno liquido e portatori di idrogeno organico liquido (LHC/LOHC). Una lista di diversi composti (il più delle volte organici) può assorbire e rilasciare idrogeno attraverso una reazione chimica. Gli LHC e i LOHC possono fungere da mezzo di stoccaggio e trasporto per l'idrogeno e possono essere trasportati come liquidi senza raffreddamento.
I LOHC possono quindi essere usati come supporti di immagazzinamento per l'idrogeno . In linea di principio, ogni composto insaturo (molecole organiche con doppi o tripli legami CC ) può assorbire idrogeno durante l'idrogenazione . La sequenza di deidrogenazione endotermica seguita dalla purificazione dell'idrogeno è considerata il principale inconveniente che limita l'efficienza complessiva del ciclo di stoccaggio
I LOHC sono molto simili al petrolio greggio e ai prodotti petroliferi, quindi l'infrastruttura esistente per il trasporto del petrolio potrebbe persino essere adattata per trasportare i LOHC.
Ammoniaca. L'idrogeno può essere convertito in ammoniaca reagendo con l'azoto, richiedendo solo elettricità, acqua e aria. L'ammoniaca ha una densità energetica molto più alta dell'idrogeno; quindi, più energia può essere scambiata. Esiste un commercio internazionale consolidato di ammoniaca che può essere sfruttato.
I portatori di idrogeno inorganici solidi (SIHC) L'idrogeno viene legato ad altri materiali (ad esempio i boroidruri) in una reazione chimica ad alta intensità energetica.
Per liberare l'idrogeno, la polvere ad alta energia viene miscelata con acqua e, immergendo una piastra catalitica nel liquido, si innesca una forte reazione esotermica (a 40°C-80°C) che oltre a liberare le molecole di idrogeno contenute la polvere ma scinde anche l'acqua aggiunta - con il risultato che la quantità di idrogeno originariamente contenuta nella polvere viene raddoppiata.
Ciò rende la densità volumetrica di stoccaggio dell'energia dei SIHC superiore alle opzioni alternative di stoccaggio dell'idrogeno. Il processo è un ciclo: il materiale disidratato è un liquido (metaborato) che viene reidrogenato per produrre boroidruro fresco. Il valore aggiunto dei SIHC risiede nell'elevata densità energetica della polvere, nel processo di rilascio semplice e automatico e nella conformità della cella a combustibile dell'idrogeno rilasciato (purezza, pressione e temperatura).
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