Emissioni difficili da ridurre: L'idrogeno verde è la soluzione?

Gli esperti concordano sul fatto che la riduzione della CO2 può contribuire in modo significativo al miglioramento del clima. Ma questo non è altrettanto facile da mettere in pratica ovunque. In alcune industrie ci sono emissioni difficili da ridurre, soprattutto in quei settori che si affidano ai combustibili fossili in grandi quantità, sia per l'energia ad alta temperatura che per le materie prime chimiche. Tra questi, l'industria del ferro e dell'acciaio, l'industria del cemento, l'industria chimica e l'industria dei materiali da costruzione, che insieme rappresentano circa 30 % delle emissioni annuali di CO2 a livello mondiale. Anche il trasporto pesante produce emissioni difficili da ridurre. I camion o il trasporto marittimo, ad esempio, sono più difficili da elettrificare rispetto al trasporto passeggeri, in quanto richiedono batterie enormi che aumentano il peso del veicolo e comportano lunghi tempi di ricarica.

Emettitore di CO2 particolarmente grande: la Cina

Molti Paesi stanno studiando modi per decarbonizzare. Paesi relativamente ricchi come gli Stati Uniti e gran parte dell'Europa stanno sviluppando strategie incentrate sulla generazione di energia rinnovabile e sui veicoli elettrici. La Cina, invece, si trova ad affrontare sfide molto diverse a causa del suo particolare profilo di emissioni di carbonio, dovuto al ruolo molto più importante dell'industria pesante nella sua economia. Un nuovo studio pubblicato su Nature Energy analizza come la Cina - di gran lunga il maggior produttore di ferro, acciaio, cemento e materiali da costruzione - possa utilizzare l'idrogeno pulito (idrogeno "verde" o "blu") per decarbonizzare i settori con emissioni difficili da ridurre (i cosiddetti "settori HTA") e rispettare gli impegni di decarbonizzazione per il 2030 e il 2060. L'idrogeno verde è prodotto dalla scissione delle molecole d'acqua - H2O - utilizzando energia elettrica rinnovabile, mentre l'idrogeno blu è prodotto convenzionalmente da combustibili fossili, ma in combinazione con la cattura e lo stoccaggio del carbonio.

Il ruolo dell'idrogeno pulito

Il nuovo studio dell'Harvard-China Project on Energy, Economy and Environment, un programma di ricerca congiunto USA-Cina con sede presso la John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences di Harvard, è il primo ad utilizzare un approccio di modellazione integrato per valutare il potenziale utilizzo dell'idrogeno pulito nel sistema energetico e nell'economia cinese per raggiungere l'obiettivo di zero emissioni al 2060. "Colmare questa lacuna nella ricerca aiuterà a fornire una tabella di marcia più chiara per la riduzione delle emissioni di CO2 in Cina", afferma Xi Yang, autore principale dello studio e ricercatore dell'Harvard China Project. "Il nostro obiettivo con questo studio è stato quello di progettare un ruolo per l'idrogeno pulito nell'economia energetica cinese, che possa poi servire da riferimento per altri Paesi in via di sviluppo con grandi settori dell'industria pesante e dei trasporti".

Lo studio ha esaminato tre questioni: Quali sono le principali sfide per la decarbonizzazione dei settori HTA? Quale ruolo potrebbe avere l'idrogeno pulito sia come vettore energetico che come materia prima contro la difficile riduzione delle emissioni? E l'uso diffuso dell'idrogeno pulito nei settori HTA sarebbe economicamente vantaggioso rispetto ad altre opzioni?

Modelli contro le emissioni difficili da ridurre

Per analizzare il rapporto costo-efficacia e il ruolo dell'idrogeno pulito nell'economia cinese nel suo complesso - con particolare attenzione ai settori HTA poco studiati - il team ha sviluppato un modello di sistema energetico integrato che include la domanda e l'offerta in tutti i settori. I risultati mostrano che l'applicazione diffusa dell'idrogeno pulito nei settori HTA può aiutare la Cina a raggiungere la neutralità delle emissioni di carbonio in modo economicamente vantaggioso, rispetto a uno scenario privo di produzione e utilizzo di idrogeno pulito. L'idrogeno pulito può far risparmiare 1,72 trilioni di dollari in costi di investimento ed evitare una perdita di 0,13 % del PIL totale (2020-2060) rispetto a un percorso senza idrogeno.

I ricercatori hanno anche esaminato quale tipo di idrogeno pulito - verde o blu - sarebbe più conveniente. Lo studio mostra che il costo medio dell'idrogeno verde in Cina può essere ridotto a 2 $/kg di idrogeno entro il 2037 e a 1,2 $/kg entro il 2050, rendendolo molto più conveniente dell'idrogeno blu (1,9 $/kg). "La Cina ha ricche risorse non sfruttate di energia solare ed eolica, sia onshore che offshore", spiega Chris P. Nielsen, coautore dello studio e direttore esecutivo dell'Harvard China Project. "Queste risorse danno alla Cina un vantaggio nello sviluppo di idrogeno verde da utilizzare nei settori industriale e dei trasporti.

Diverse mosche in un colpo solo

E se affrontare le emissioni difficili da ridurre è fondamentale per l'azione per il clima, la decarbonizzazione dei settori HTA potrebbe portare altri benefici. I nuovi mercati dell'idrogeno verde potrebbero anche sostenere la transizione del sistema energetico verso le fonti di energia rinnovabili. Nielsen spiega che la produzione di idrogeno verde rappresenterebbe una forma relativamente flessibile di domanda di elettricità che non deve essere soddisfatta immediatamente come la maggior parte dei carichi elettrici. Spesso, invece, può essere pianificata, almeno in tempi brevi. Questa flessibilità della domanda è preziosa per gli operatori di rete, perché li aiuta a tenere conto delle fluttuazioni intrinseche delle fonti di energia rinnovabili, che sono influenzate dalle mutevoli condizioni meteorologiche. In questo modo è possibile uccidere più uccelli contemporaneamente.

Fonte: https://techxplore.com/