Che cos’è l’idrogeno verde e quali sono i suoi campi di applicazione

L’idrogeno rappresenta il primo elemento della tavola periodica e il più leggero fra tutti i gas. Incolore, insapore e inodore a temperatura ordinaria, la sua storia riesce a tingersi di sfumature e colori diversi. Può essere un’esistenza un po’ cupa, se si prende in considerazione l’idrogeno nero, marrone o grigio. Va meglio se si racconta la vicenda dell’idrogeno blu o di quello rosa. Decisamente più rassicurante e avvincente l’avventura dell’idrogeno verde, che può trasformarsi anche in giallo.

Ma qual è il significato che si nasconde dietro a questi colori? Si tratta di una classificazione basata sul modo in cui avviene l’estrazione dell’idrogeno dalla molecola che ha formato legandosi a un altro elemento. Per attuare questa separazione serve energia. Tanta energia, per essere precisi. I modi più usati sono l’idrolisi dell’acqua, attraverso la quale avviene la scomposizione dei suoi due elementi costitutivi, producendo H₂ e ossigeno come unico elemento di scarto, e il reforming degli idrocarburi, che separa l’idrogeno presente nei combustibili fossili (quali petrolio, carbone o gas naturale) e determina la produzione di CO₂, come principale sottoprodotto del processo. In quest’ultimo caso si pone il problema di trovare una nuova destinazione all’anidride carbonica generata.

Anche l’estrazione dell’idrogeno dall’acqua, che risulta il metodo più semplice ed economico, incontra qualche difficoltà: per attuare il processo, l’acqua deve essere attraversata da un potente flusso di corrente elettrica. Per generare quella corrente elettrica, si possono usare diversi modi, più o meno inquinanti.

Una volta chiarito questo aspetto, dovrebbe risultare più facile capire la palette di colori dell’idrogeno, che indica la tecnologia utilizzata per separare il gas con un impatto diverso di emissione di CO₂.

Certamente l’idrogeno nero e quello marrone sono i meno amati perché producono emissioni di carbonio molto alte. Il black hydrogen viene ricavato attraverso la gasificazione del carbone ed è il più inquinante a livello atmosferico e ambientale poiché produce 25 kg di CO₂ per kg di idrogeno. Quello marrone viene prodotto dalla lignite, una torba compressa che genera molta anidride carbonica quando viene bruciata. In entrambi i casi non è prevista la cattura di CO₂.

L’idrogeno grigio è ricavato da gas naturale attraverso il processo di steam methane reforming: il suo impatto ambientale è di 11kg CO2/kg H₂. È il più diffuso (circa il 90%) tra quelli oggi prodotti e ha usi industriali che lo vedono protagonista soprattutto nella chimica. Non prevede la cattura di CO₂ a differenza di quanto accede per l’idrogeno blu. Anche in questo caso l’idrogeno viene estratto da idrocarburi fossili, ma l’anidride carbonica che risulta dal processo non viene liberata nell’atmosfera bensì viene catturata e immagazzinata. Tuttavia, a causa dei limiti tecnologici della cattura di CO₂ o di perdite nei sistemi di stoccaggio di anidride carbonica, si stima che vengono comunque emessi circa 3-6 kg CO₂/kg H₂.

Discorso a parte merita l’idrogeno turchese, che viene prodotto attraverso la pirolisi del metano, che avviene a una temperatura estremamente alta in un’atmosfera inerte. Questo processo non determina CO₂, ma un sottoprodotto solido di carbonio.

Abbiamo già detto che l’idrogeno può essere prodotto utilizzando un altro processo, quello di elettrolisi che separa gli atomi di idrogeno e di ossigeno contenuti nella molecola d’acqua. E qui si aprono nuove strade colorate: otteniamo l’idrogeno rosa se l’energia elettrica utilizzata per rompere il legame viene prodotta da una centrale nucleare. In questo caso non viene emessa anidride carbonica in atmosfera, ma vengono prodotti rifiuti radioattivi.

La via green definitiva è quella dell’idrogeno verde: l’energia elettrica utilizzata per l’elettrolisi viene prodotta da fonti rinnovabili e quindi il processo di separazione non produce emissioni di anidride carbonica. È l’idrogeno rinnovabile. Che può assumere anche il nome di idrogeno giallo se l’energia utilizzata è generata dal sole.

Scoperto il significato dei colori dell’idrogeno, è importante capire come sia possibile produrre energia elettrica dall’idrogeno. Questo processo avviene in dispositivi chiamati celle a combustibile o nelle turbine, con un’efficienza che varia dal 35% al 60%.

Andiamo con ordine: gli elettrolizzatori sono dei dispositivi elettrochimici che quando vengono alimentati da energia elettrica riescono a spezzare i legami chimici presenti in una molecola d’acqua. Una volta separati idrogeno e ossigeno, questi possono essere successivamente raccolti e utilizzati. Nelle celle a combustibile avviene il processo opposto: le molecole di idrogeno e ossigeno vengono spezzate in ioni positivi ed elettroni. Facendo passare questi ultimi in un circuito esterno, forniscono corrente elettrica. A questo punto, gli ioni H+ e O- si uniscono e formano come unico elemento di scarto l’acqua, appunto H₂O.

Se il costo di questo procedimento risulta ancora dispendioso, il futuro sembra colorarsi sempre di più di idrogeno verde grazie all’attesa riduzione dei costi degli elettrolizzatori, all’enorme progresso nell’efficienza delle celle fotovoltaiche e dei generatori eolici e al conseguente abbattimento del costo del kWh da fonti rinnovabili. Tutte queste nuove opportunità stanno cambiando rapidamente lo scenario energetico che vede un numero maggiore istituzioni e aziende puntare sull’idrogeno verde come nuovo vettore di energia.

Tanto che la Commissione europea considera l’idrogeno verde come il volano del futuro, in quanto può essere usato in tantissimi settori, dai trasporti alla produzione industriale.

Parlare di idrogeno verde significa ridisegnare molti processi industriali e rivoluzionare la filiera produttiva per ottenere una decisiva diminuzione dell’impatto ambientale soprattutto in termini di riduzione delle emissioni inquinanti.

Nell’industria pesante l’idrogeno verde potrebbe rappresentare una svolta radicale: è stato calcolato che permetterebbe di eliminare oltre 800 milioni di tonnellate di anidride carbonica emesse ogni anno nell’atmosfera dalla filiera industriale legata all’acciaio e alla sua lavorazione. L’idrogeno verde può essere utilizzato per la lavorazione di metalli, leghe, ma anche del vetro e nella produzione di semiconduttori e componenti per l’elettronica.

Anche nell’industria chimica, l’idrogeno verde risulta vincente nell’ambito della produzione di ammoniaca o metanolo.

Non solo industria. Prima di tutto, l’idrogeno verde può costituire la chiave di svolta per il trasporto pesante e a lunga percorrenza di camion, aerei e navi. Se la ricarica elettrica appare troppo complicata per questi mezzi, l’alternativa più green è l’idrogeno, che può essere usato nelle celle a combustibile. Allo stesso tempo, costituisce una valida opportunità nel trasporto pubblico su rotaia e su strada.

In Italia, la Valle d’Aosta ha deciso di scommettere sull’idrogeno verde per il trasporto locale. La sperimentazione sarà avviata con i finanziamenti previsti dal Governo italiano e dalla Comunità europea nel Piano Strategico Nazionale per la Mobilità Sostenibile, nel PNRR e nel Piano complementare per un totale di 45 milioni di euro.

Intanto, la Regione ha approvato le prime linee di indirizzo che contemplano la realizzazione sul territorio valdostano di almeno un sito di produzione di idrogeno verde e a seguire la sua erogazione in un apposito distributore aperto al pubblico, per autoveicoli e autobus, da realizzare nell’area ex multibox di Pollein, di proprietà regionale.

Lo step successivo prevede l’acquisto dei mezzi a idrogeno per sostituire progressivamente il parco autobus attuale. La via dell’idrogeno verde è già dietro l’angolo.