L’energia del futuro potrebbe essere l’idrogeno e per questo si parla di “economia dell’idrogeno”. Ma qual è lo stato della ricerca e cosa dobbiamo sapere dell’idrogeno?
Nel 1877 Jules Verne pubblicò il suo celebre romanzo L’isola Misteriosa, in cui profeticamente scrisse che “l’acqua sarà il carbone del futuro”. Ai giorni nostri si parla della economia dell’idrogeno come un possibile scenario futuro che possa rimpiazzare l’economia basata sui combustibili fossili, le cui conseguenze appaiono drammaticamente sotto gli occhi di tutti. L’idrogeno non esiste in natura sulla Terra mentre è abbondantissimo nell’universo, per cui se vogliamo usarlo come nuovo combustibile dobbiamo ottenerlo da altre fonti. La più abbondante è l’acqua, per cui si chiude il cerchio sull’intuizione di Jules Verne.
Ma perché usare l’idrogeno al posto dei combustibili fossili? Di fatto lo possiamo usare per ottenere energia avendo come prodotto di scarto solo acqua, e l’ambiente ringrazia… Ma uno degli ulteriori motivi che lo rendono appetibile è che riusciamo a trasformarlo direttamente in energia elettrica attraverso una tecnologia che prende il nome di celle a combustibile. La resa energetica delle celle a combustibile arriva a circa il 60% rispetto a quella ottenuta nei motori termici dalla semplice combustione, che si ferma a circa il 30%, evitando inoltre le ulteriori perdite dovute alla trasformazione dell’energia meccanica, ottenuta dalla combustione nei motori, in energia elettrica.
Ma il problema su cui i ricercatori di tutto il mondo stanno lavorando a capofitto è quello di riuscire a produrre idrogeno a basso costo e con un metodo che sia sostenibile per il pianeta.
Ed è qui che entrano in gioco i colori dell’idrogeno. Avrete già sentito parlare di idrogeno verde, blu, nero, marrone… Ma cosa significano questi colori? Di fatto i colori sono legati alla impronta del carbonio (carbon foot print) relativa al processo specifico per la produzione dell’idrogeno. Per chi ancora non lo sapesse, l’impronta del carbonio esprime il totale delle emissioni di gas ad effetto serra, espresse generalmente in tonnellate di CO2 equivalente, associate direttamente o indirettamente ad un prodotto/processo, ad un servizio, all’attività di una azienda.
Dalla figura si vede che il numero di colori finora riportati sono molteplici ed in continuo aumento, e che, anche se si parla di arcobaleno dell’idrogeno, di fatto molti colori non sono di per sé presenti nell’arcobaleno.
Una prima distinzione grossolana è quella relativa alla fonte primaria da cui andiamo ad estrarre l’idrogeno: i colori più scuri sono legati all’uso di idrocarburi, che come dice il nome stesso contengono carbonio ed idrogeno, mentre i colori più chiari sono relativi all’uso dell’acqua. All’interno di questa distinzione grossolana poi si articolano tutta una serie di colori che caratterizzano il metodo di estrazione dell’idrogeno dalla fonte primaria. Partendo dagli idrocarburi è praticamente inevitabile il rilascio di CO2 nell’ambiente ed in genere richiede un processo ad alta temperatura, con il relativo dispendio di energia. D’altronde anche la produzione di idrogeno dall’acqua richiede un grosso investimento energetico. Ma allora qual è il vantaggio del partire dall’acqua? A parte il fatto che di acqua ne abbiamo quanta ne vogliamo per l’uso specifico in quanto l’acqua del mare è idonea allo scopo, il grosso vantaggio è che per scindere l’acqua in idrogeno ed ossigeno possiamo usare l’energia elettrica in un processo che si chiama elettrolisi ed i relativi apparati elettrolizzatori.
Però, il punto discriminante che assegna il colore all’idrogeno è la sostenibilità ambientale del processo di produzione. Ad esempio, se per scindere l’acqua uso energia elettrica prodotta con idrocarburi, è chiaro che il cane si morde la coda ed il processo complessivo non è certamente verde nella normale ed ormai diffusa accezione del termine.
Se viceversa si usa energia elettrica da fonti rinnovabili, quali ad es. il fotovoltaico e l’eolico, per condurre l’elettrolisi, allora si che tutto il processo diventa verde.
Per concludere questo breve intervento vorrei dare una chiave di lettura ai colori dell’idrogeno, ricordando peraltro che il processo di assegnazione dei colori non è statico né univoco.
Idrogeno nero/marrone: si parte dal carbone o lignite
Idrogeno grigio: si parte dal gas naturale che contiene il 90% di metano
Idrogeno viola o rosa: per elettrolisi dell’acqua ma con energia elettrica ottenuta dal nucleare di ultima generazione
Idrogeno giallo: per elettrolisi dell’acqua con energia elettrica ottenuta dal fotovoltaico
Idrogeno verde: per elettrolisi dell’acqua con energia elettrica ottenuta genericamente da fonti rinnovabili.
Un capitolo a parte è quello della produzione di idrogeno da biomasse rinnovabili, ad es. la decomposizione di alghe mediante microorganismi.
La frontiera attuale della ricerca è focalizzata sull’ottimizzazione del processo di elettrolisi dell’acqua del mare per rendere l’idrogeno verde il combustibile di elezione per il futuro più o meno prossimo. E’ ovvio che gli eventi socioeconomici che stanno destabilizzando il mondo avranno un ruolo fondamentale per le scelte del futuro.
Gaetano Granozzi, Università di Padova