di Timothy Lucie-Smith, Consigliere Fondazione Sorella Natura e Guardia Ambientale Volontaria
Il Quadro Generale - L’Unione Europea ha identificato la produzione di idrogeno verde come un elemento importante della transizione energetica e sta dedicando significative risorse finanziarie alla ricerca e sviluppo. Anche l’Italia sembra credere pienamente nello sviluppo dell’idrogeno “verde” come vettore energetico e pilastro della transizione da combustibili fossili a energia pulita. Il MISE ha pubblicato, nel novembre 2020, la Strategia Nazionale Idrogeno - Linee Guida Preliminari in cui si pone l’ambizioso obiettivo di coprire con l’idrogeno il 20% del fabbisogno nazionale energetico entro il 2050. Un’ambizione che pare ragionevole nel contesto dell’impegno dell’Unione Europea e dell’Italia di raggiungere il completo abbattimento delle emissioni di CO2 entro il 2050.
Le applicazioni dell’idrogeno verde sono molteplici:
A seguito dell’impulso dato all’idrogeno verde (prodotto dall’elettrolisi dell’acqua con elettricità proveniente da fonti rinnovabili), vediamo già in Italia e in Europa progetti innovativi. Si tratta soprattutto di progetti di ricerca volte allo sviluppo di nuove tecniche di produzione, stoccaggio e trasporto dell’idrogeno e nuove applicazioni nei trasporti, nell’industria e nel riscaldamento. Solo per citarne alcuni tra i più noti:
Visto che esistono già strategia politica (almeno in bozza), fondi (attraverso programmi di ricerca UE e Recovery Plan), ed evidenze scientifiche (elettrolisi, celle a combustibile ecc.), potremmo concludere che la strada sia già spianata per l’utilizzo dell’idrogeno verde su vasta scala. Tuttavia, la questione non e’ cosi semplice. Rischiamo di fare un errore - valutare le applicazioni dell’idrogeno senza considerare le alternative - e, soprattutto, l’alternativa principale, la batteria.
Il Confronto tra Idrogeno e Batterie - Proviamo a considerare un confronto tra le due tecnologie. La risposta è senz’altro positivo per la maggior parte delle applicazioni, in quanto svolgono la stessa funzione. Entrambi hanno la funzione di immagazzinare l’energia prodotta da fonti rinnovabili per poi utilizzarla nei mezzi di trasporto, nelle applicazioni domestiche e industriali o per riconvertire l’energia in elettricità. Per effettuare il confronto dobbiamo esaminare alcuni fattori quali:
Proviamo a valutare prima di tutto i costi di esercizio, intesi come costo per KW ora di energia disponibile al punto di consumo. Un recente studio condotto da una società di consulenza per l’industria automobilistica paragona le alternative tra un'auto elettrica con una batteria (BEV) e un’auto elettrica alimentata con idrogeno e cella a combustibile (HFCEV) (https://www.volkswagen-newsroom.com/en/stories/the-efficiency-of-pure-battery-electric-vehicles-is-much-higher-frank-welsch-5545). In entrambi i casi partiamo da energia rinnovabile e possiamo pertanto focalizzarci sull’efficienza, cioè quanta energia viene persa nel processo di distribuzione dal punto di produzione fino al punto di consumo nel motore elettrico dell’automobile. La conclusione e’ semplice: l’efficienza dell’ecosistema batteria e’ più del doppio dell’idrogeno (76% verso 30%). Perché? Perché l’idrogeno subisce un maggiore numero di passaggi poco efficienti: elettrolisi, compressione, trasporto, stoccaggio, conversione in elettricità tramite fuel cell. I passaggi invece della batteria sono minori e più efficienti: trasporto attraverso la rete elettrica e stoccaggio chimico nella batteria. Infatti, vediamo chiaramente come l’industria automobilistica mondiale si stia orientando in grande maggioranza sulla BEV (auto elettrica con batteria), Tesla in testa e con la sola eccezione per ora di Toyota. Questa analisi dei costi è valida per tutte le applicazioni dove possono essere utilizzate entrambe le tecnologie.
Proviamo ora a valutare invece gli investimenti nelle infrastrutture (capex). Anche qui la batteria sembra essere vincente al momento. Le infrastrutture per il trasporto e distribuzione dell’energia elettrica fino alle nostre case, uffici e fabbriche esistono già. Le infrastrutture per la produzione di batterie su larga scala, le cosiddette gigafactory anche (grazie alla domanda dell’industria automobilistica). Le infrastrutture per il trasporto (tubazioni) e stoccaggio del metano esistono in tutta l’Europa e possono essere convertite alla compressione, trasporto e stoccaggio di idrogeno con un investimento pari a circa il 10-15% del costo di costruzione iniziale (rapporto Siemens 2020). https://assets.siemens-energy.com/siemens/assets/api/uuid:3d4339dc-434e-4692-81a0-a55adbcaa92e/200915-whitepaper-h2-infrastructure-en.pdf )
Guardando le prestazioni nelle diverse applicazioni poi, dovremo valutare in primo luogo la densità di energia immagazzinata per Kg. La densità è un fattore critico per i trasporti a lungo raggio dove il peso e l’autonomia sono importanti, soprattutto aerei e navi ma anche camion. Qui l’idrogeno presenta un notevole vantaggio, una densità di energia di 39 KW ora per Kg, 3 volte quella della benzina e 150 volte quella della batteria al litio odierna. Da qui discende l’interesse notevole per l’uso di idrogeno nei trasporti a lungo raggio, aerei in primo luogo, seguiti da navi camion e, in ultimo, treni per le linee oggi non elettrificate.
Un’altra applicazione è quella di stoccaggio di energia prodotta da fonti rinnovabili intermittenti per essere pronta al consumo quando serve. Se pensiamo alla variabilità stagionale (per esempio la maggiore produzione fotovoltaica in estate rispetto all’inverno) l’idrogeno può avere un vantaggio grazie alla lunga durata.
In sintesi, oggi la batteria è ottimale per gestire l’intermittenza di breve periodo (ad esempio giorno/notte) mentre l’idrogeno può avere un ruolo per l’intermittenza stagionale e per costituire riserve di energia strategiche in un mondo senza combustibili fossili. La possibile futura riduzione dei costi degli impianti di elettrolisi è critica per rendere più competitivo lo stoccaggio con idrogeno.
Infine, i fondi, cioè il volume di investimenti oggi disponibili per lo sviluppo delle due tecnologie. Si tratta di un fattore importante in quanto sappiamo che le buone invenzioni possono restare inutilizzate senza investimento nello sviluppo industriale. La batteria al litio oggi ha un netto vantaggio nella raccolta di fondi. La produzione sta esplodendo grazie all’industria automobilistica e ai fondi investiti (oltre 6,6 miliardi di $ di fondi Corporate nel 2020 secondo un recente rapporto di Mercom Capital Group).
Anche nel mondo dell’idrogeno, però, qualcosa si sta muovendo. Un esempio è la Società Plug Power Inc, produttore USA di celle a combustibile di idrogeno che ha visto un aumento della sua valutazione in borsa pari a oltre il 1000% nell'ultimo anno e grazie a questo ha completato nel febbraio 2021 un aumento di capitale di 2 miliardi di dollari. Plug Power è una media azienda in termini di fatturato con 325 milioni di $ nel 2020 ma ha ben 5 miliardi di $ di liquidità’ da investire nel segmento dell’idrogeno verde.
Conclusioni - Chi vincerà la competizione tra idrogeno e batteria è ancora da vedere e molto dipenderà dal futuro sviluppo tecnologico. Ad oggi sembra che la batteria prevalga nelle applicazioni dove il fattore più importante è costo / efficienza, limitando l’idrogeno a quelle applicazioni dove il fattore della densità di energia è critica, quali trasporti a lungo raggio oltre alle applicazioni industriali che richiedono alte temperature (acciaio) e a quelle nella chimica che già adoperano idrogeno c.d. “grigio”.
Per i trasporti a breve raggio (fino anche a 1000 km), per l’uso domestico (riscaldamento e cucina) e per usi industriali elettrificabili sembra più conveniente l’uso diretto dell'elettricità da fonti rinnovabili, insieme alla batteria al litio quando necessaria, principalmente per motivi di costo/efficienza. Per i sistemi di stoccaggio, ambedue possono avere un ruolo: la batteria per gestire la variabilità a breve e l’idrogeno per gestire la variabilità a medio/lungo. La competizione sembra durerà a lungo e come in ogni corsa, nel lungo periodo chi è avanti all’inizio non necessariamente manterrà la posizione. Vista anche l’enorme sfida della transizione energetica da compiere nei prossimi 30 anni è necessario sviluppare alternative parallele. Pertanto, ben venga l’investimento nell’ecosistema dell’idrogeno verde, in aggiunta agli investimenti già ben avviati nelle batterie. Sosteniamo lo sviluppo della tecnologia e dell'industria italiana in entrambi i settori. Continuiamo a monitorare il confronto in modo obiettivo e manteniamo una certa flessibilità per spostare risorse e investimenti secondo lo sviluppo dei fattori competitivi delle diverse tecnologie emergenti.
