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Quali prospettive per l’idrogeno?

La Commissione Europea identifica l’idrogeno come uno dei settori chiave per raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione al 2050, come delineato nella Strategia Europea sull’Idrogeno pubblicata l’8 luglio 2020. Lo sviluppo del settore idrogeno è spinto da una serie di fattori positivi e vantaggiosi: elevata densità energetica per unità di massa; assenza di emissioni carboniche e inquinanti per produzione tramite elettrolisi; possibilità di stoccaggio di lunga durata (gassosa, liquefatta e in liquidi organici) e modalità di trasporto che possono utilizzare le infrastrutture di trasporto e distribuzione del gas con costi di adeguamento sostenibili. L’idrogeno richiede tuttavia azioni strategiche di supporto, per raggiungere la sostenibilità economica delle soluzioni proposte. Tra le principali barriere allo sviluppo dell’idrogeno ancora da abbattere sussistono elevati costi di tecnologie non ancora pienamente mature, limitata diffusione di progetti dimostrativi sull’intera filiera e mancanza di un quadro regolatorio e normativo chiaro di riferimento su vari segmenti della filiera

Ad oggi le applicazioni dell’idrogeno di taglia commerciale finora scarseggiano, se ci riferiamo in particolare all’idrogeno «verde», ossia prodotto da fonti di energia rinnovabile. Cosa è mancato finora perché si assistesse ad un rapido successo delle applicazioni dell’idrogeno come vettore green? si può rispondere con due parole: competitività e affidabilità.

Il costo di produzione, dell’idrogeno «verde» è finora risultato troppo elevato rispetto ai combustibili tradizionali. Ciò si spiega con i costi elevati della generazione elettrica da rinnovabili, che solo nell’ultimo decennio hanno subito un drastico calo.

Le tecnologie dell’idrogeno (produzione, stoccaggio e utilizzo, per impieghi industriali e nella mobilità), pur note da decenni, hanno mostrato una maturazione piuttosto lenta, che si è tradotta in costi di investimento elevati, affidabilità spesso insoddisfacente, vita utile limitata. Ciò ha avuto riflessi negativi sulla competitività, ma anche sull’accettabilità di queste soluzioni.

Partendo da queste constatazioni, esistono oggi i presupposti per immaginare un importante ruolo futuro dell’idrogeno come vettore, che si possa inserire nel processo di progressiva «de-carbonizzazione» dell’economia?

A giudicare dal deciso risveglio di interesse nei confronti di questo vettore, registratosi negli ultimi anni in molti Paesi sviluppati (Unione Europea, in particolare Germania, Francia, Olanda e Italia, Australia, alcuni Paesi dell’Estremo Oriente) si potrebbe semplicemente rispondere affermativamente. Ma come si può immaginare che vengano superate le barriere sopra indicate, di competitività e di affidabilità? E in quali tempi?

La strategia europea

La Commissione Europea ha recentemente presentato la Strategia europea dell’idrogeno, in cui è prevista la diffusione di idrogeno rinnovabile nel lungo periodo (idrogeno «verde» prodotto attraverso elettrolisi alimentata da fonti rinnovabili o mediante reforming di biogas) e idrogeno low-carbon (anche detto idrogeno «blu», ottenuto dal reforming del gas naturale e combinato con cattura e sequestro della CO2) nella fase di transizione.

La nuova Strategia europea per l’idrogeno, «A hydrogen strategy for a climate-neutral Europe», definisce un percorso comune europeo per incentivare l’uso dell’idrogeno, in considerazione degli obiettivi del Green Deal europeo e dell’obiettivo a lungo termine di decarbonizzazione al 2050.

Tuttavia, le due sfide principali restano i costi ancora elevati di produzione e la domanda piuttosto bassa. Oggi, l’idrogeno rappresenta infatti una frazione modesta del mix energetico globale e dell’UE ed è ancora in gran parte prodotto da combustibili fossili, in particolare dal gas naturale o dal carbone, con conseguente rilascio di 70-100 milioni di tonnellate di CO2 all’anno nell’UE.

La strategia prevede entro il 2024 di produrre almeno 1 milione di tonnellate di idrogeno rinnovabile e l’installazione di almeno 6 GW di elettrolizzatori. In questa fase occorre potenziare la fabbricazione di elettrolizzatori, anche di grandi dimensioni (fino a 100 MW). In una seconda fase entro il 2030 l’idrogeno verde dovrebbe diventare una parte sostanziale del sistema energetico europeo, con un minimo di 10 milioni di tonnellate di idrogeno rinnovabile entro il 2030 e 40 GW di elettrolizzatori installati (a cui si potrebbero sommare ulteriori 40 GW installati al di fuori dell’Unione Europea). In questa fase l’idrogeno potrebbe già avere mercato sufficiente per sviluppare domanda industriale, come la siderurgia, ampliarne l’uso nei trasporti pesanti e bilanciare i sistemi elettrici basati sulle rinnovabili, anche con lo sviluppo di cluster ed ecosistemi regionali autonomi. L’infrastruttura gas dovrebbe essere utilizzata in parte per fornire l’idrogeno su lunghe distanze e sviluppare strutture di stoccaggio adeguate. Nello stesso periodo, sarebbero necessari 220-340 miliardi di euro per aumentare e collegare direttamente 80-120 GW di capacità di produzione di energia solare ed eolica per fornire l’elettricità necessaria agli impianti di elettrolisi.

La strategia europea per l’idrogeno

 

Per contribuire all’attuazione del piano e favorire la costruzione di una solida catena di investimenti che assicurino all’Europa una posizione di leadership in questo campo, la Commissione ha presentato anche l’«European Clean Hydrogen Alliance», un’iniziativa pubblico-privata che mette insieme leader industriali, società civile, ministri nazionali e regionali e la Banca Europea per gli Investimenti, e volta a identificare le esigenze tecnologiche, le opportunità di investimento e i fattori abilitanti dell’idrogeno.

La Strategia Europea sull’Idrogeno punta in particolar modo sulla necessità di investire nella ricerca per accrescere l’efficienza e ridurre i costi delle tecnologie. Numerosi programmi di finanziamento europei – soprattutto «InvestEU», Fondo d’innovazione ETS, fondi strutturali, «Just Transition Mechanism» – contribuiranno allo sviluppo dell’idrogeno, stimolando gli investimenti privati e i progetti dimostrativi innovativi. In particolare, fra i programmi di R&S europei si segnalano l’IPCEI («Important Projects of Common European Interest») e la creazione della «Clean Hydrogen Partnership», tra la Commissione europea e il futuro Programma per la R&S europea «Hydrogen Europe», per il sostegno alla ricerca, lo sviluppo e la dimostrazione di tecnologie innovative per ridurre i costi e aumentare la competitività dell’idrogeno.

Il quadro nazionale

Ad oggi il consumo di idrogeno in Italia è quasi interamente limitato agli usi industriali nella raffinazione e nella produzione di ammoniaca.  La produzione avviene tipicamente in loco in grandi impianti di steam reforming del gas naturale e alimenta direttamente i processi chimici. L’attuale consumo finale di idrogeno in Italia è pari a circa 16 TWh, pari all’1% dei consumi finali di energia a livello nazionale e corrispondente a circa 480.000 t/anno, di cui circa 8.500 t/anno risultano commercializzati in bombole e in apposite tubazioni.

Nel Piano Nazionale Integrato Energia e Clima (PNIEC) italiano prende in considerazione l’idrogeno, in particolare quello prodotto utilizzando energia elettrica da fonti rinnovabili, evidenziando come sia ottenibile da tecnologie attualmente disponibili sul mercato e permetta lo sviluppo di soluzioni di accumulo innovative quali il power-to-gas. Inoltre, l’immissione in rete di idrogeno senza destinazione specifica di uso viene considerata una soluzione per rendere più sostenibili le reti esistenti e sfruttare l’infrastruttura del gas naturale molto ramificata e diffusa in Italia. L’unico target per il settore riguarda il settore dei trasporti stradali. Il PNIEC, in particolare, prevede che dall’idrogeno si ottenga circa l’1% del target FER per i trasporti, con una indicazione di uso differenziato pari a 0,8% di immissione in rete gas tal quale o ritrasformato in metano e a 0,2% per uso diretto in auto, bus e treni e destinato a veicoli dotati di celle a combustibile.

Il Ministero dello Sviluppo Economico ha avviato nel corso del 2019 un Tavolo tematico sull’idrogeno con l’obiettivo di:

  • recepire lo stato di avanzamento delle iniziative in essere avviate dalle imprese e dagli Enti di Ricerca, in un’ottica di sostegno al percorso di decarbonizzazione perseguito dal Governo, alla luce dei nuovi obiettivi al 2030 contenuti nel PNIEC e del Green Deal europeo;
  • favorire l’individuazione di progetti integrati di interesse della filiera dell’idrogeno, con ricadute in ambito energetico, tecnologico, industriale e occupazionale, oltre che le relative ricadute nei territori di riferimento;
  • coinvolgere le imprese e gli altri soggetti operanti nel mondo della ricerca nell’attuazione delle iniziative avviate a livello internazionale nel settore dell’idrogeno che vedono l’Italia impegnata attivamente.

Sono stati raccolti 8 progetti dal mondo della ricerca e 22 proposte nell’ambito dei diversi settori industriali, di cui una buona parte ricadenti in sperimentazioni già in essere, e quindi con un orizzonte operativo di breve/medio periodo.

 

Progetti presentati nell’ambito dei tavoli Idrogeno del MiSe

 

Il quadro che emerge è di forte vitalità, soprattutto nei settori della produzione di idrogeno da fonti rinnovabili e nelle possibili applicazioni nei trasporti. I recenti sviluppi a livello comunitario e internazionale hanno ridato slancio a tutta una serie di attività di ricerca con particolare riferimento all’immissione diretta nella rete del gas naturale. Il segmento relativo alla produzione di idrogeno da fonti rinnovabili è quello in cui gli operatori hanno espresso maggiore interesse, soprattutto con impiego di elettrolizzatori di tipo avanzato che, in alcuni casi, sono tuttavia ancora oggetto di sviluppo e sperimentazione.

L’ampia risposta progettuale degli enti di ricerca e delle imprese all’invito del «Tavolo idrogeno», mostra un sistema produttivo molto recettivo e pronto alla sfida della decarbonizzazione. Di particolare valenza risulta essere il numero dei settori interessati all’utilizzo dell’idrogeno. Valenza che consente d’immaginare un approccio olistico in grado di disegnare una strategia su più fronti e coincidenti verso un unico obiettivo, secondo una cronologia determinata dalla progressiva maturità delle tecnologie disponibili.

Il quadro normativo risulta tuttavia carente su quasi tutti i segmenti della filiera e gli operatori hanno messo in evidenza i gap normativi e regolatori che ostacolano lo sviluppo dei progetti e degli investimenti in infrastrutture. L’attività di adeguamento e sviluppo di nuova normativa richiede, in taluni casi, attività di ricerca pre-normativa da condurre in collaborazione con gli enti preposti.

Opportunità per l’impiego dell’idrogeno in Italia

L’Italia possiede una serie di caratteristiche favorevoli per trarre vantaggio dall’eventuale sviluppo di una strategia europea sull’idrogeno.

La presenza di una rete capillare per il trasporto e la distribuzione di gas, oltre alla posizione strategica nel Mediterraneo, può costituire la base per accogliere volumi crescenti di idrogeno per gli usi interni e, potenzialmente nel lungo termine, per l’esportazione verso il nord Europa.

Dispone inoltre di un tessuto industriale che racchiude alcune delle competenze distintive nella produzione di tecnologie applicate lungo la filiera, come nel caso delle tecnologie termiche potenzialmente applicabili all’idrogeno oppure di alcuni settori delle tecnologie meccaniche destinate alla gestione di gas in pressione. L’Italia può contare anche su grandi player nazionali della ricerca e dell’energia in grado di porsi come soggetti capofila in grandi processi di innovazione e trasferimento tecnologico.

L’Italia può inoltre posizionarsi strategicamente in tutti i settori di riferimento della filiera idrogeno: produzione sia a terra che in mare, logistica e trasporto, usi finali nella mobilità (soprattutto pesante a lungo raggio), industria e usi termici ed elettrici residenziali e commerciali, a integrazione del ruolo giocato dall’elettrificazione dei consumi prevista dal Piano Nazionale Integrato Energia e Clima. Sono presenti grandi operatori e aziende nel contesto nazionale, con ruolo importante nell’apertura del mercato. Le PMI, come le start-up innovative, possono svolgere inoltre un importante ruolo di business development. L’industria italiana è inoltre supportata da centri di ricerca di rilevanza internazionale con competenze in grado di coprire tutti gli aspetti dalla ricerca all’innovazione e di sostenere lo sviluppo sperimentale fino alla realizzazione del prodotto commerciale.

La produzione di idrogeno da fonti rinnovabili contribuirebbe all’integrazione del sistema energetico ed al bilanciamento della rete, affiancando le risorse di generazione tradizionali e accelerando la transizione: si conseguirebbe un’effettiva smart sector integration. 

Una strategia nazionale per l’idrogeno

Alla luce della complessità delle singole declinazioni produttive e dei relativi tempi operativi, a valle dei lavori del tavolo è emersa l’opportunità della realizzazione di una Strategia Nazionale sull’idrogeno che consenta all’Italia di accelerare il raggiungimento degli obiettivi fissati dal PNIEC, favorendo la transizione energetica verso una economia green, sostenibile e tecnologicamente avanzata. Una prima fase della strategia con obiettivo al 2030, sarà focalizzata sui settori in cui è possibile produrre e utilizzare l’idrogeno localmente, a partire dagli impianti esistenti, e facilitare l’utilizzo del vettore in nuove applicazioni come, per esempio, nel trasporto ferroviario grazie alla sostituzione dei treni diesel nelle tratte non elettrificabili.

Verso il 2050 si prevede che l’idrogeno rinnovabile raggiungerà una maturità tale da consentirne l’utilizzo più deciso anche in altri settori dell’industria e dei trasporti.

Il Coradia iLint di Alstom, primo treno-passeggeri al mondo alimentato da celle a combustibile a idrogeno

La realizzazione della strategia porterà benefici in termini di filiera in nuovi settori industriali e tecnologici (in particolare elettrolizzatori, celle a combustibile e componentistica) determinando importanti effetti positivi sulla crescita dell’economia, con impatti positivi anche dal punto di vista occupazionale nelle diverse fasi di progettazione, costruzione e operatività degli impianti.

Si è ravvisata pertanto l’opportunità da parte del Ministero dello Sviluppo Economico di avviare recentemente la consultazione pubblica sulle Linee Guida preliminari per la Strategia Nazionale sull’idrogeno che mirano a individuare i settori in cui si ritiene che questo vettore energetico possa diventare competitivo in tempi brevi ma anche verificare le aree d’intervento che meglio si adattano a sviluppare e implementare l’utilizzo dell’idrogeno.

[ Marcello Capra ]

Delegato Strategic Energy Technology Plan europeo

 

 

 

BIBLIOGRAFIA

  • Piano Nazionale Integrato Energia e Clima – MiSE MATTM e MIT (dicembre 2019)
  • Piano nazionale di sviluppo – Mobilità Idrogeno Italia https://www.h2it.it/wp-content/uploads/2019/12/Piano-Nazionale_Mobilita-Idrogeno_integrale_2019_FINAL-1.pdf
  • Study on the use of Fuel Cells Hydrogen in the Railways environment – by Roland Berger (aprile 2019)
  • Hydrogen from Renewable Power – IRENA (settembre 2018)
  • Vision on Hydrogen – SNAM (ottobre 2019)
  • The Cooling Imperative Forecasting the size and source of future cooling demand – report by The Economist Intelligence Unit (2019)
  • Documento Consultazione ARERA 39/2020/R/gas – Reti di trasporto e distribuzione del gas naturale: progetti pilota di ottimizzazione della gestione e utilizzi innovativi (febbraio 2020)
  • Piano d’azione per l’idrogeno – Confindustria (settembre 2020)
  • H2 ITALY 2050 – Una filiera nazionale dell’idrogeno per la crescita e la decarbonizzazione dell’Italia – The European House – Ambrosetti (settembre 2020)
  • Strategia Nazionale Idrogeno Linee Guida Preliminari–Ministero dello Sviluppo economico (novembre 2020) https://www.mise.gov.it/images/stories/documenti/Strategia_Nazionale_Idrogeno_Linee_guida_preliminari_nov20.pdf