L'idrogeno è visto come il vettore energetico del futuro, perché quando viene usato - sia per alimentare un'auto che per generare calore nelle case e nell'industria - viene prodotta solo acqua. Ma se l'idrogeno è davvero amico del clima dipende da come è stato prodotto. Il caso ideale è il cosiddetto idrogeno verde. Si produce dall'acqua per elettrolisi, la cui elettricità proviene esclusivamente da energie rinnovabili come l'energia idroelettrica, eolica e solare. Questo lo rende in gran parte neutrale dal punto di vista climatico. Ma attualmente, l'idrogeno prodotto in questo modo è costoso e non è disponibile ovunque - perché mancano l'elettricità rinnovabile e le capacità di elettrolisi.

"La domanda di idrogeno, in rapido aumento, non può probabilmente essere soddisfatta in un futuro prevedibile", dice l'attuale studio internazionale. La maggior parte dell'idrogeno oggi è prodotto dal gas naturale o da altri combustibili fossili. Si chiama "idrogeno grigio". Tuttavia, non ha vantaggi nella valutazione del ciclo di vita perché la sua produzione inquina il clima e si perde energia nel processo di conversione.

Una sorta di compromesso è rappresentato dal cosiddetto idrogeno blu, il cui possibile ruolo nella transizione energetica è stato oggetto di accese discussioni tra esperti e politici per mesi. Come l'idrogeno grigio, viene prodotto dal gas naturale riscaldandolo e poi scindendolo in idrogeno e anidride carbonica attraverso il cosiddetto steam reforming. In questo caso, però, l'anidride carbonica non viene semplicemente lasciata fuoriuscire nell'atmosfera, ma una parte di essa viene catturata e immagazzinata permanentemente sottoterra per ridurre l'effetto serra. Questo si chiama cattura e stoccaggio del carbonio, o CCS in breve. Questo migliora l'equilibrio climatico.

Le perdite riducono l'impronta climatica

Tuttavia, uno studio pubblicato in agosto da ricercatori delle università statunitensi Cornell e Stanford è giunto alla conclusione che l'idrogeno blu per la generazione di calore non è migliore per il clima nonostante la CCS, ma a conti fatti anche un buon 20 per cento peggiore del gas naturale usato direttamente come fonte di energia. Secondo gli autori, ciò è dovuto principalmente al fatto che il gas sfugge nell'aria attraverso le perdite lungo l'intera catena di approvvigionamento del gas naturale - dalla sua estrazione al pozzo di trivellazione al suo trasporto via pipeline o nave alla produzione di idrogeno. Dato che il gas naturale, o meglio il suo componente principale, il metano, ha un effetto serra che è circa 30 volte più forte del CO2, perdite anche di poche percentuali possono avere un impatto enorme sull'equilibrio climatico dell'idrogeno prodotto da esso. Inoltre, le emissioni di CO2 si verificano durante il reforming del gas naturale se non tutta l'anidride carbonica viene catturata e parte di essa finisce nell'atmosfera invece di essere sepolta nel terreno.

"Questo studio ci ha spinto ad analizzare l'effetto climatico dell'idrogeno blu in modo ancora più dettagliato", dice Christian Bauer del Laboratorio di analisi del sistema energetico dell'Istituto Paul Scherrer (PSI), autore principale dello studio attuale. Bauer, insieme a Mijndert van der Spek, professore presso il Carbon Solutions Research Centre della Heriot-Watt University, ha rapidamente formato una cooperazione internazionale di ricercatori provenienti da una vasta gamma di istituti per mettere il nuovo studio su una base ampia. La collaborazione è stata particolarmente stretta con i colleghi dell'ETH di Zurigo, che hanno modelli speciali che permettono di simulare in dettaglio processi come la cattura di CO2. "Hanno eseguito la produzione di idrogeno blu attraverso il loro software di simulazione, e noi del PSI abbiamo inserito i risultati nei nostri modelli di valutazione del ciclo di vita", riferisce Bauer. "Questi mappano l'intera catena di produzione, dall'estrazione del gas naturale allo stoccaggio di CO2".

I risultati della valutazione del ciclo di vita dipingono un quadro differenziato: secondo lo studio, se l'idrogeno blu beneficia il clima dipende molto da quanto metano si perde sulla strada dall'estrazione del gas naturale alla produzione dell'idrogeno e quanto è efficace la cattura di CO2 durante il reforming del gas naturale. "Le emissioni di metano sono molto diffuse perché possono verificarsi in molti punti diversi della catena di produzione", dice Bauer. "Pertanto, sono difficili da determinare. A seconda della tecnologia di produzione e del paese da cui proviene il gas naturale, variano da qualche decimo di punto percentuale a qualche punto percentuale". E nella cattura di CO2, ci sono processi che possono catturare e immagazzinare quasi tutta la CO2 prodotta. Altri riescono solo a metà. "Con le moderne tecnologie di cattura della CO2, praticamente tutta la CO2 prodotta nella produzione di idrogeno può essere catturata", dice van der Spek. Questo significa che l'idrogeno blu può giocare un ruolo chiave nella transizione verso una società a zero emissioni di carbonio.

La chiave sta in un alto standard di tecnologia

La chiave per l'idrogeno blu che beneficia davvero il clima è quindi di fissare standard elevati per la tecnologia: "Paesi come la Norvegia possono servire da modello", dice Bauer. Questi paesi producono e trasportano già il gas naturale quasi senza perdite, con emissioni inferiori allo 0,5%. Se la quasi totalità delle emissioni di CO2 viene catturata durante il reforming del gas naturale e immagazzinata, per esempio, in ex giacimenti di gas naturale nel Mare del Nord - che si è dimostrato efficace e sicuro per molti anni - allora questo idrogeno blu è quasi altrettanto rispettoso del clima quanto l'idrogeno verde.

Il ricercatore del PSI sottolinea che i suoi colleghi americani non hanno necessariamente calcolato male. "Hanno solo guardato abbastanza unilateralmente il lato negativo dello spettro, come può funzionare la produzione di idrogeno blu. Noi, invece, mostriamo: Se lo fai bene, dà un contributo prezioso alla transizione energetica". Potrebbe almeno essere una sorta di soluzione transitoria fino a quando l'idrogeno verde non sarà ampiamente ed economicamente disponibile. "È possibile che la crescente domanda renderà necessario utilizzare entrambe le forme in modo complementare per un periodo di tempo più lungo", dice Bauer.

L'industria del gas naturale ha già riconosciuto che solo una produzione il più possibile priva di emissioni può garantire la sua esistenza. Si è posta l'obiettivo di portare la tecnologia in tutto il mondo a uno standard che permetta un massimo dello 0,2% di emissioni di metano. A livello politico, si discute di valori soglia al di sotto dei quali l'idrogeno blu può essere considerato a basso contenuto di carbonio e quindi rispettoso del clima. "È importante che un tale valore tenga davvero conto delle emissioni lungo tutta la catena", dice Bauer. Fattori cruciali non dovrebbero essere lasciati fuori dalla bilancia.

Pubblicazione originale: "On the climate impacts of blue hydrogen production",Christian Bauer, Karin Treyer, Cristina Antonini, Joule Bergerson, Matteo Gazzani, Emre Gencer, Jon Gibbins, Marco Mazzotti, Sean T. McCoy, Russell McKenna, Robert Pietzcker, Arvind P. Ravikumar, Matteo C. Romano, Falko Ueckerdt, Jaap Vente, Mijndert van der Spek, Sustainable Energy & Fuels, 19.11.2021, DOI: https://dx.doi.org/10.1039/D1SE01508G

Nomenclatura dell'idrogeno

A seconda di come l'idrogeno viene prodotto, gli vengono dati nomi diversi nell'industria energetica. Ecco la comune "teoria dei colori":

Idrogeno verde: Realizzato con elettricità proveniente da energie rinnovabili

Turchese: Prodotto dalla cosiddetta pirolisi del metano: il gas naturale viene scisso termicamente in idrogeno e carbonio solido

Arancione/giallo: Prodotto da materiali organici come biomassa, biogas e biometano

Viola/rosso: Fatto con elettricità da energia nucleare

Blu: Prodotto da gas naturale con cattura e stoccaggio geologico dell'anidride carbonica

Bianco: Idrogeno naturale

Grigio: Prodotto dal gas naturale (spesso tutti i combustibili fossili sono raggruppati sotto "grigio").

Marrone: dalla lignite

Nero: dal carbone fossile