Transizione energetica verde, non così facile come sembra

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Stazione a energia elica - Sputnik Italia, 1920, 27.02.2022
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Approfondimento
L'energia basata sull’idrogeno è ancora considerata una delle metodologie chiave per realizzare la cosiddetta transizione energetica.
Ma più ci si sposta dalle idee progettuali al concreto, più emergono complicazioni, quesiti e scelte da operare. Bisogna ricordare che la nuova energia all’idrogeno rimane ancora soltanto un progetto.
Bloomberg New Energy Finance stima che l'anno scorso l'investimento globale nella transizione energetica è stato di 755 miliardi di dollari. Ma l'investimento nell'energia verde a idrogeno è ancora praticamente irrisorio nel quadro generale. La maggior parte della spesa, tuttavia, è destinata alle energie rinnovabili (cioè solare ed eolico) e al trasporto elettrico in proporzioni comparabili. Il problema principale dell'idrogeno (legato alla difficoltà di immagazzinarlo e trasportarlo) incide direttamente anche sulla mancanza di certezze in merito alle modalità e alle forme di utilizzo.
Per esempio, in alcuni contesti l'idrogeno può essere usato nella sua forma pura e/o miscelato con il gas naturale. Lo sfruttamento delle infrastrutture gasiere è considerato dai sostenitori dell'energia a idrogeno come un modo per risparmiare. Si noti che non stiamo parlando di condotte di trasmissione, ma di reti regionali e di distribuzione. Il Regno Unito ha in programma di predisporre le reti in modo tale da miscelare fino al 20% di idrogeno già nel 2023.
Ma quasi contemporaneamente all’annuncio di questi piani è uscito un rapporto del Fraunhofer Institute in Germania, un'organizzazione rispettata ed estremamente fedele all'energia verde, ma che cerca di essere precisa e obiettiva nelle sue valutazioni e studi. Questo rapporto, al contrario, non raccomanda di introdurre l'idrogeno alla rete, sottolineando una serie di rischi nel caso in cui si incrementi la sua quota nel totale fino al 10-20% per lo stoccaggio sotterraneo, i contatori e le guarnizioni. E soprattutto, l'idrogeno prodotto in maniera sostenibile è ancora scarso, per cui è giustificato utilizzarlo nella sua forma pura quando necessario.
Ci sono ancora più domande aperte in merito al trasporto a lunga distanza dell'idrogeno. Come si può evince da quanto sopra, emergono diverse difficoltà relativamente alla fornitura mediante gasdotto. E invece il trasporto via mare?
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In questo momento è in fase di completamento una fornitura pilota (cioè la prima al mondo) di idrogeno liquefatto dall'Australia al Giappone. (Per ironia della sorta, l'idrogeno è di per sé grigio: si ottiene dalla gassificazione del carbone, insomma, si porta dietro tutto il carico delle emissioni di anidride carbonica). Allo stesso tempo, sono stati pubblicati molti articoli che sottolineano il costo estremamente elevato del trasporto dell'idrogeno liquefatto, poiché questo gas ha un punto di ebollizione molto basso e una bassa densità volumetrica di energia.
Al contempo ci sono diverse alternative per il trasporto via mare, anche non economiche, ma comunque più accettabili. Comportano il transito dell'idrogeno sotto forma di composti chimici, dai quali sarà poi estratto. L'esempio più ovvio è l'ammoniaca, che è prodotta dall'interazione dell'azoto con l'idrogeno. Il vantaggio dell'ammoniaca rispetto ad altri vettori di idrogeno è che in alcuni casi può essere usata da sola, senza l'estrazione di idrogeno.
Vale la pena notare che il mondo produce attualmente circa 70 milioni di tonnellate di idrogeno all'anno, quasi tutto grigio, cioè derivato da combustibili fossili con emissioni di anidride carbonica. Circa la metà proviene dalle raffinerie e l'altra metà dalla produzione di ammoniaca.
In altre parole, le stime attuali della produzione di idrogeno tengono già conto dei volumi da cui viene prodotta l'ammoniaca. Successivamente l’ammoniaca finisce come fertilizzante: in via diretta o più spesso come composto.
In questo caso, ovviamente, non si possono semplicemente sommare i volumi. Bisogna ricordare che l'idrogeno nell'ammoniaca è pari al 17%. Quindi, aggiungendo volumi di ammoniaca alla produzione di ammoniaca, è necessario tenere conto di questo semplice aggiustamento.
Un utile esempio per capire meglio.
Si preve che il futuro impianto chimico-gasiero Obsky GHK di Novatek produrrà 2,2 milioni di tonnellate di ammoniaca e 0,13 milioni di tonnellate di idrogeno all'anno. (Entrambi i combustibili sono blu, cioè derivanti dal gas naturale con successiva cattura dell'anidride carbonica). Di conseguenza, se si convertono tutti i volumi in idrogeno, si ottengono 0,5 milioni di tonnellate in totale. Se invece facciamo un calcolo considerando unicamente l’ammoniaca, otteniamo un valore prossimo alle 3 milioni di tonnellate.
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L'idrogeno blu prodotto sarà probabilmente usato direttamente presso la penisola Yamal per ridurre l'impronta di carbonio delle turbine a gas in funzione. L'ammoniaca sarà oggetto di esportazione. È interessante che dei 2,2 milioni di tonnellate di ammoniaca di Obsky GHK, poco più della metà è già destinata alla tedesca Uniper: gli accordi preliminari sono stati firmati a dicembre. Si noti che una parte dell'ammoniaca sarà usata così com’è come materia prima o combustibile a basso contenuto di carbonio. Una parte invece sarà trasformata in idrogeno e immessa nella rete di gasdotti dell'idrogeno. Naturalmente, per ora questi sono solo piani preventivo e il cliente sarà libero di decidere cosa fare con l'ammoniaca che compra. Ma dal punto di vista dell'efficienza energetica sarebbe corretto usare tutta l'ammoniaca “verde” nella sua forma pura.
Se volessimo generalizzare quanto emerso dall’esempio riportato, potremmo concludere quanto segue. Dal momento che la domanda globale di fertilizzanti continua a crescere, dal punto di vista dell'efficienza energetica (che ha un impatto diretto sulle emissioni) sarebbe meglio convertire tutto l'idrogeno verde (almeno quello destinato al trasporto via mare) in ammoniaca e usarlo nel settore dei fertilizzanti, riducendo così la produzione di ammoniaca grigia, anch'essa destinata a crescere. Si prevede anche la costruzione di impianti per la produzione di ammoniaca verde specifici per il settore dei fertilizzanti, ma i volumi sono ancora troppo piccoli rispetto all'intero settore.
Di conseguenza, è probabile che vedremo soluzioni poco efficienti per il trasporto dell'idrogeno liquefatto o la riconversione dell'ammoniaca in idrogeno.
Per inciso, l'ammoniaca può essere utilizzata in via diretta non solo nel settore dei fertilizzanti, ma anche come carburante per motori. Questo approccio è interessante anzitutto per i combustibili navali.
Non si dimentichi che l'ammoniaca è tossica, quindi il suo uso è giustificato solo quando si possono garantire i requisiti di sicurezza.
Allo stesso tempo per le autovetture, di regola, si considera l'idrogeno. È importante notare che l’idrogeno non è oggetto di combustione, ma viene utilizzato nelle cosiddette celle a combustibile che generano elettricità. Tuttavia, anche se le vendite di veicoli a idrogeno registrano un trend positivo, in termini assoluti sono trascurabili rispetto alle vendite di veicoli elettrici.
Le ragioni sono ben note: mancanza di infrastrutture, costi elevati. E, naturalmente, per mantenere le emissioni di queste auto più basse di quelle delle auto convenzionali, bisogna usare idrogeno verde. Ma ce n’è ancora molto poco.
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Lo sviluppo delle auto a idrogeno potrebbe essere supportato da limitazioni riguardanti i combustibili fossili necessari per gli accumulatori. Sono queste le limitazioni con cui il settore dovrà fare i conti mano a mano che cresceranno i volumi di produzione delle automobili elettriche.
Ma per ora queste ultime stanno vincendo la competizione con un margine enorme.
Per riassumere. L'energia a idrogeno e la produzione di idrogeno (se parliamo specificamente di quello che si produce senza emettere gas a effetto serra) hanno appena cominciato a svilupparsi. Il settore sta già affrontando alcuni problemi, primo fra tutti la complessità del trasporto e dello stoccaggio. Questo ha anche molto a che fare con i diversi approcci all'uso dell'idrogeno nella sua forma pura, in miscele o sotto forma di ammoniaca. Di conseguenza, il già piccolo volume della produzione di idrogeno verde dovrà essere ripartito a seconda dell’utilizzo. Oppure si dovrà usare l'idrogeno solforato all'inizio, ma allora le emissioni di anidride carbonica sarebbero più alte che con i combustibili fossili. Inoltre, le auto a idrogeno sarebbero in concorrenza con le auto elettriche. Tutto questo potrebbe portare alla creazione di un'infrastruttura molto varia e disordinata per l'energia verde. E, di conseguenza, a costi aggiuntivi.
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