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L’idrogeno: quali prospettive energetiche e geopolitiche?

Aggiornamento: 7 apr 2022

Fig.1: Fonte: Open Access Government

1. Introduzione


L’idrogeno (H2) è l'elemento più semplice, e allo stesso tempo il più abbondante sulla Terra. Le sue caratteristiche lo rendono estremamente interessante nel settore energetico: si tratta infatti di un “vettore energetico", ossia un mezzo per trasportare l’energia da un punto A ad un punto B (come fa l’elettricità) che può essere utilizzato anche per stoccare l’energia prodotta da altre fonti e produrre elettricità. L’idrogeno come fonte di energia del futuro sta guadagnando un interesse crescente, soprattutto nel settore dei trasporti e dello stoccaggio dell’elettricità.


In che modo viene impiegato? Possiamo considerarlo uno strumento di rilievo nella transizione energetica? Con quale impatto geopolitico?


2. Idrogeno 1.0: situazione attuale


Applicazione


Se il discorso sull’idrogeno si articola prettamente intorno al suo ruolo nella transizione energetica, ad oggi la domanda rimane concentrata in settori ben poco “green”. La raffinazione e la produzione industriale, combinati, costituiscono quasi la totalità del consumo attuale. Gli utilizzi nel settore dei trasporti e nella produzione di elettricità sono marginali: nel 2020, meno dello 0,01% dei veicoli in circolazione era alimentato a idrogeno, e solamente lo 0,2% della produzione mondiale di elettricità è stata fornita da esso.


Produzione


Oltre alla domanda, la produzione stessa dell’idrogeno avviene quasi totalmente a partire da combustibili fossili; quelle derivanti dalla biomassa e l’elettrolisi rimangono metodi utilizzati solo marginalmente.

Fig.2: Domanda di idrogeno secondo fonte di produzione[1]. Fonte: IEA

Ben il 6% della produzione globale di gas naturale e il 2% di quella di carbone sono volte alla produzione di idrogeno; esse sono, ad oggi, le più economiche e diffuse. Solamente una frazione della produzione a partire da risorse fossili è equipaggiata di sistemi di cattura dell’anidride carbonica.

Fig.3: Costi di produzione dell’idrogeno secondo la fonte. Fonte: IEA

Neppure la produzione per elettrolisi è garanzia di un prodotto “pulito”, in quanto l’energia elettrica utilizzata per separare ossigeno e idrogeno partire dall’acqua può essere prodotta a partire da fonti non rinnovabili.


La produzione globale d’idrogeno risulta quindi, ad oggi, una fonte notevole di emissioni di CO2: ben 830 milioni di tonnellate all’anno, l’equivalente delle emissioni totali di Gran Bretagna e Indonesia messe insieme (una popolazione di 341 milioni di persone!)


3. L’idrogeno di domani


Una svolta green?


Se sia la produzione che l’applicazione dell’idrogeno restano prettamente legate all’utilizzo di combustibili fossili, come è possibile che esso possa essere considerato una fonte di energia pulita in futuro?


La scommessa si gioca su due fronti:

  • Un aumento della produzione a partire da fonti rinnovabili, a scapito di quella da fonti fossili;

  • Una diminuzione dell’utilizzo nell’ambito della raffinazione e un aumento in altri settori, in sostituzione ad altre forme di energia.

Analizziamo i diversi scenari nel dettaglio.


Produzione: a tutta elettrolisi

Fig.4: Previsioni di produzione per fonte in due scenari IEA. Fonte: IEA

L’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA) ha analizzato la futura produzione di idrogeno con orizzonte 2050 attraverso due scenari:

  • Announced Pledges Scenario (APS): lo scenario che si prospetterebbe se tutti i Paesi mettessero in pratica le misure annunciate per ridurre le emissioni di CO2;

  • Net zero Scenario (NZS): lo scenario, molto più ambizioso, che consentirebbe di contenere l’aumento delle temperature globale al di sotto di 1,5°C con orizzonte 2050, limitando così gli effetti del cambiamento climatico da essa provocato.

Nel primo caso (APS), si prevede una produzione di idrogeno più che raddoppiata, con l’elettrolisi da fonti rinnovabili responsabile di oltre il 50% della produzione, rispetto allo 0,03% attuale.


Nel secondo scenario (NZS), la produzione totale sarebbe quintuplicata: l’elettrolisi da fonti rinnovabili contribuirebbe al 60% del totale, mentre la produzione da fonti fossili senza sistema di cattura della CO2 e quello da scarto di raffineria sarebbero pressoché azzerati.


C’è un però: il raggiungimento degli obiettivi del Net zero Scenario richiede investimenti per US$1,2 trilioni entro il 2030, ma ad oggi ne sono stati stanziati meno di un quarto.


Domanda: raffinerie in diminuzione, altri settori in crescita

Fig.5: Previsioni di domanda per settore in due scenari IEA. Fonte: IEA

Mentre oggi la domanda di idrogeno si limita al settore industriale e a quello della raffinazione, entrambi gli scenari della IEA prevedono l’integrazione della materia prima in un ventaglio più ampio di settori, tra i quali:

  • Trasporto: nel 2020, i veicoli per il trasporto di persone alimentati a idrogeno (Fuel cell electric vehicle - FCEV) erano poco più di 30.000; tale cifra è prevista arrivare a 6 milioni nell’Announced Pledges Scenario e a ben 15 milioni nel Net zero Scenario.

  • Carburanti alternativi: l’idrogeno può essere utilizzato per produrre altri tipi di carburante, ad oggi in fase di studio, ma promettenti per i decenni a venire. Due esempi sono l’utilizzo nella produzione dell’ammoniaca, a sua volta adoperata come combustibile, e nella produzione di carburanti sintetici. Nel Net zero Emissions Scenario, si prevede che essi contribuiranno a quasi un terzo della produzione totale di idrogeno.

L’utilizzo negli edifici - combinato al gas naturale, per alimentare il riscaldamento residenziale - rimane limitato in entrambi gli scenari.


4. Geopolitica dell’idrogeno


Se la domanda di idrogeno dovesse crescere come previsto dagli scenari IEA, ci si dovrà attendere un impatto geopolitico altrettanto importante. I centri di domanda e quelli di produzione molto probabilmente non coincideranno: ci si troverà dunque di fronte a un nuovo mercato globale, con tutte le implicazioni geopolitiche del caso. L’idrogeno necessita di infrastrutture specializzate per la produzione, il trasporto e il trattamento della materia una volta a destinazione, senza dimenticare che un utilizzo crescente andrebbe a intaccare il consumo di altre forme di energia, con le relative conseguenze.


Oggi


L’85% della produzione di idrogeno è consumata a livello locale: i costi di trasporto e la mancanza di infrastrutture dedicate non permettono ad oggi un commercio redditizio, soprattutto sulle lunghe distanze. La Cina e gli USA sono i maggiori consumatori, in linea con la loro potenza industriale e di raffinazione. Pechino è responsabile, da solo, per un terzo dell’intera produzione mondiale.

Fig.6: Maggiori paesi consumatori di idrogeno nel 2021. Fonte: Natural Earth

Domani


Il miglioramento tecnologico, le misure di numerosi Paesi volti alla promozione della materia prima e soprattutto la diminuzione del costo di produzione dell’elettricità a partire da fonti rinnovabili potrebbero, combinate, porre le condizioni per lo sviluppo di un mercato internazionale dell’idrogeno nei decenni a venire.


L’Agenzia Internazionale per l’Energia Rinnovabile (IRENA) ha comparato il potenziale di domanda e di produzione di diversi Stati con orizzonte 2050, identificando 3 categorie principali:

  1. I Paesi in grado di posizionarsi come esportatori netti, grazie a bassi costi di produzione (Australia, Cile, Marocco, Spagna);

  2. I Paesi con livelli di produzione e di domanda simili, e quindi in grado di essere autosufficienti (USA, Cina);

  3. I Paesi destinati a rimanere importatori netti, tra cui diversi Paesi Europei e dell’Estremo Oriente.

Fig.7: Possibili nuove rotte commerciali per l’idrogeno. Fonte: Natural Earth

Oltre la metà della nuova capacità di produzione annunciata è dichiarata in ambito UE, ma anche se realizzata nella sua interezza con sarebbe sufficiente a soddisfare completamente la domanda prevista. L’idrogeno è una delle priorità del Green Deal Europeo e la stragrande maggioranza degli investimenti nel settore si concentra nei confini dell’Unione Europea.

Fig.8: Fondi annuali potenziali nel settore dell’idrogeno (2021-2030). Fonte: IRENA

5. Conclusioni


L’idrogeno come strumento nella transizione e nella diversificazione energetica sta guadagnando un interesse crescente. Ne è la prova il fatto che appena 5 anni fa, un solo Paese, il Giappone, aveva una strategia nazionale sull’argomento, mentre oggi oltre 30 Stati ne hanno elaborata una.


L’Agenzia Internazionale dell’Energia prevede una crescita sensibile del consumo di idrogeno e dei settori in cui esso verrà utilizzato, sia negli scenari più conservatori che in quelli più audaci.


Un’integrazione massiccia della materia prima nell’ecosistema energetico globale avrebbe conseguenze interessanti anche a livello geopolitico, con nuovi attori pronti a guadagnare lo scettro di “esportatore netto”, una categoria ambita nel mondo dell’energia e non solo.


Il commercio internazionale di idrogeno è agli albori, ma potrebbe riservare delle grandi sorprese nei decenni a venire.


(scarica l'analisi)

L’idrogeno_quali prospettive energetiche e geopolitiche_Zunino
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Note

[1] Il CCS (Carbon Capture and Storage) e il CCU (Carbon Capture and Utilization) sono due tecnologie volte alla cattura dell’anidride carbonica e, rispettivamente, al suo stoccaggio o riutilizzo. Per saperne di più, consigliamo questo articolo di AMIStaDes sull’argomento.


Bibliografia/Sitografia

  • The Future of Hydrogen, IEA

  • Geopolitics of the Energy Transformation: The Hydrogen Factor, IRENA

  • US hydrogen development must accelerate to meet 2030 net-zero goals: IEA, S&P Global

  • Global Hydrogen Review 2021, IEA

  • World Energy Outlook 2021: Technical note on the emissions and temperature implications of COP26 pledges, IEA

  • Hydrogen Fuel Basics, Energy.gov

  • The new oil? The geopolitics and international governance of hydrogen, Energy Research and Social Science

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