In difesa dell’idrogeno

                                                            Edo Ronchi
                                                          Presidente ISSI




Evitare eccessivi entusiasmi sull’utilizzo dell’idrogeno: d’accordo! Stare attenti alle possibili strumentalizzazioni: va sempre bene! Ma non mi pare condivisibile arrivare a scrivere, come hanno fatto Angelo Baracca, Franco Marenco e altri, in una presa di posizione collettiva contro l’idrogeno: “invitiamo quindi tutti coloro che hanno a cuore il futuro del nostro pianeta a non cadere nel tranello dell’idrogeno, che è in realtà uno stratagemma di marketing utilizzato dalle compagnie petrolifere con l’intento di mantenere l’attuale situazione di spreco di combustibili fossili, e da alcuni governi in vista di un insostenibile passaggio ad un regime di produzione di energia basato principalmente sul carbone”.

Mi pare utile una riflessione ed una discussione su questa presa di posizione contro l’idrogeno, sia per la qualità delle persone che la sostengono (persone per bene, conosciute e competenti), sia per la rilevanza del tema.

L’attacco parte dal fatto che l’idrogeno, come è noto, non è una fonte primaria di energia, ma un vettore “cioè un mezzo per immagazzinare energia prodotta da altre fonti”.

Definizione un po’ imprecisa (l’idrogeno è un combustibile che va ricavato, reso utilizzabile) anche se sostanzialmente vera perché l’idrogeno esistente in natura non è direttamente utilizzabile come combustibile, ma va ricavato dall’acqua dove è combinato con ossigeno, o da idrocarburi dove è combinato col carbonio.

Per ricavare idrogeno, utilizzabile come combustibile, occorre impiegare una certa quantità di energia. Questa sarebbe una ragione sufficiente per scartare l’opzione idrogeno?

Penso proprio di no. Altrimenti dovremmo dire che l’energia elettrica, che viene prodotta impiegando energia primaria (con fonti rinnovabili, fossili, ecc.), con un dispendio energetico, inevitabile nella produzione, dovrebbe essere abbandonata.

Si discute, invece, di usi elettrici obbligati, di non utilizzare l’energia elettrica in usi impropri, di migliorare l’efficienza ed il risparmio negli usi finali, di migliorare il rendimento degli impianti di produzione e di incrementare notevolmente il ricorso a fonti primarie rinnovabili per produrla.

Mi pare fuori discussione l’utilità dell’energia elettrica ed il suo mantenimento per il futuro, anche se non è una fonte primaria e quindi, per produrla, richiede una certa quantità di energia.

Ma ci sono vantaggi energetici e/o ambientali nell’impiego dell’idrogeno rispetto a quello dell’energia elettrica o a quello dei combustibili fossili?

L’idrogeno è un buon combustibile: il più pulito nell’impiego (produce come emissione dirette solo vapore d’acqua e ossidi di azoto in piccole quantità) il più energetico (a parità di peso ha un potere calorico circa 3 volte superiore a quello del petrolio), è accumulabile e trasportabile.

Gli impieghi dell’idrogeno potranno essere in futuro anche diversi e più vasti, oggi quello di cui si discute è il possibile impiego di questo combustibile per l’autotrazione. Le diverse case costruttrici di autoveicoli hanno in corso di realizzazione

e sperimentazione almeno cento prototipi di motori che puntano sull’uso dell’idrogeno.

Senza avere la pretesa di tirare conclusioni di sperimentazioni in corso, sappiamo che queste riguardano due tipi di tecnologie: motori a combustione interna che impiegano idrogeno (o una miscela benzina-idrogeno) e motori con celle a combustibile.

Nei motori a combustione interna l’idrogeno viene bruciato, con alcune modifiche dei motori tradizionali, direttamente, con rendimenti simili a quelli dei motori a benzina.

In questo caso, se il rendimento di questi motori non migliora notevolmente, dal punto di vista energetico non converrebbe impiegare l’idrogeno (la cui produzione richiede più energia di quella che serve per produrre benzina). Ci sarebbe un vantaggio locale, in città, con auto pulite, ma uno svantaggio globale, con l’aumento delle emissioni di anidride carbonica, se l’idrogeno fosse prodotto con combustibili fossili e con le tecniche consuete.

Diverso, e a mio parere più interessante, è il caso dell’impiego dell’idrogeno in celle a combustibile che convertono l’energia dell’idrogeno in energia elettrica che viene usata per alimentare un motore elettrico.

In questo caso il rendimento complessivo è superiore e quindi, anche impiegando benzina, riformata a bordo dell’auto, per produrre idrogeno, non ci sarebbe aumento di CO2, ma una possibile riduzione, anche se lieve, col vantaggio però di eliminare gli altri inquinanti da traffico (benzene, particolato sottile e ossidi di azoto per la gran parte).

Nella fase delle sperimentazioni e dei prototipi non è facile svolgere analisi d’impatto del ciclo dell’idrogeno impiegato come combustibile per autoveicoli dotati di celle a combustibile e motori elettrici: non ci sono ancora dati sui rendimenti energetici, in condizioni di normale e consolidato impiego. Dato il più elevato, noto e fuori discussione, rendimento dei motori elettrici rispetto a quelli a combustione interna, tuttavia non si può certo scartare tale possibilità né per i consumi energetici, né per gli impatti ambientali complessivi, CO2 compresa.

Ma non sarei così perentorio nemmeno sulla produzione dell’idrogeno che non sarebbe utile, perché energeticamente troppo dispendiosa, anche se realizzata con fonti rinnovabili.

Vediamo alcuni esempi.

Poiché l’energia elettrica non si accumula, o si accumula con difficoltà e perdite, le centrali idroelettriche di notte producono il minimo o non producono nulla, poiché la domanda della rete è molto bassa: scaricano, quindi, l’acqua senza farla passare nelle turbine o la ripompano nei serbatoi. Se in quelle ore notturne l’energia idraulica fosse utilizzata per produrre idrogeno, sfruttando proprio la capacità di accumulo e la possibilità di trasporto di tale combustibile, vi sarebbe un guadagno sia energetico, sia ambientale.

Le fonti rinnovabili, in particolare quella eolica e quella solare, hanno alcune debolezze: relativa discontinuità, basse intensità energetiche e, se impiegate per produrre energia elettrica in località isolate, richiedono costosi, impattanti, dispendiosi e lunghi elettrodotti per portare l’energia agli utenti finali.

L’utilizzo di fonti energetiche rinnovabili per produrre idrogeno potrebbe migliorarne l’utilizzabilità superando tali debolezze. Tale miglioramento, potrebbe, da una parte, compensare la perdita energetica della produzione di idrogeno e, dall’altra, diventare un fattore di promozione delle stesse fonti rinnovabili: base della catena di produzione di un combustibile pulito, utilizzabile con continuità, accumulabile e trasportabile.

Gli scenari energetici e ambientali dei prossimi decenni richiedono grande attenzione sia ai cambiamenti climatici, e quindi alle emissioni di CO2, sia all’approvvigionamento energetico di sei miliardi di persone che diventeranno sette e, forse, otto.

Il tetto della produzione del petrolio e, dopo qualche anno, del metano, possono comportare una forte spinta verso un massiccio incremento dell’uso del carbone, disponibile in grandissime quantità.

Una forte crescita mondiale dell’uso del carbone, impiegato con le tecnologie attuali che non riducono, ma mantengono elevate emissioni in atmosfera di CO2, comporterebbe conseguenze devastanti per il clima del Pianeta.

Non scarterei, dato questo scenario allarmante, la ricerca sulle tecnologie che possano favorire la cattura, il confinamento o comunque la gestione della CO2, prodotta dalla combustione dal carbone, anzi vi dedicherei una particolare attenzione, sapendo che il problema presenta notevoli difficoltà.

L’utilizzo sperimentale di carbone, a bocca di miniera, per produrre idrogeno, con gassificazione e idrolisi, e la gestione della CO2 o con confinamento stabile e sicuro o con qualche trattamento chimico – fisico, non mi pare un’idea da scartare a priori. Poiché il costo maggiore del carbone all’impiego è quello del trasporto e poiché l’idrogeno, a parità di peso, ha un potere calorico ben superiore, il costo di trasporto, a parità di prestazione energetica, sarebbe inferiore di quello del carbone: da qui la possibile convenienza della produzione di idrogeno a bocca di miniera dal carbone.

E’ necessario e possibile proporre ai paesi OCSE che consumano circa il 60% dell’energia primaria, con 5,4 tonnellate equivalenti di petrolio pro-capite all’anno, di puntare, con un aumento dell’efficienza energetica, sulla riduzione dei consumi di combustibili fossili. Una riduzione dei consumi energetici non è invece proponibile per i circa 6 miliardi dei Paesi in via di sviluppo che consumano 0,6 tonnellate equivalenti di petrolio pro capite all’anno e che aumenteranno inevitabilmente e legittimamente i loro consumi energetici nei prossimi decenni, concorrendo ad una forte crescita dei consumi energetici mondiali, solo in parte compensata dalle possibili, e non scontate, riduzioni di quelli dei Paesi industriali.

Nel medio termine, entro i prossimi 20 o 30 anni, oltre ad un forte incremento delle fonti rinnovabili, se non si trova una modalità di impiego pulito del carbone, comprese le emissioni di CO2, si potrebbero prospettare scenari preoccupanti: o di scarsa disponibilità di energia primaria, in particolare per i Paesi in via di sviluppo e/o di forte aggravamento della crisi climatica globale.