Idrogeno: Stoccaggio di Energia rinnovabile e Carburante
L’imprevedibilità dell’elettricità rinnovabile cambia strutturalmente il sistema elettrico e il mercato. Se le nuove tecnologie di generazione (pannelli fotovoltaici e pale eoliche più efficienti ed economici) già raggiungono la grid-parity con i sistemi di generazione, nella prospettiva della rete di trasmissione e distribuzione, urge dispiegare sulla penisola sistemi di stoccaggio dell’energia in aggiunta alle interconnessioni ad alta tensione con i paesi limitrofi in costruzione.
Si cercano GLI ACCUMULI.
Tre le principali strade per regolare la produzione rinnovabile: l’idroelettrico da pompaggio, le batterie e l’idrogeno. Se la prima opzione è limitata dal territorio fortemente antropizzato e dai lunghi tempi di realizzazione, le batterie lo sono per la capacità e la durata. Gli stoccaggi, infatti, si caratterizzano per tre dimensioni: potenza (G/M/kW), energia (G/M/kWh) e tempo (da pochi secondi ad alcuni mesi) durante il quale l’energia può essere stoccata. L’idrogeno è l’elemento più comune dell’universo, ma sulla terra – essendo chimicamente assai reattivo – tende ad associarsi ad altri elementi, formando molecole: con l’Ossigeno l’acqua, con l’Azoto l’ammoniaca, col Carbonio per formare idrocarburi ed alcoli. Compresso in bombole ad alta pressione (fino a 1000bar) o in serbatoi, pozzi esausti, liquido, negli idruri metallici o per produrre metano sintetico, l’idrogeno permette stoccaggi di grande potenza, energia e durata.
H2 deve essere prodotto, se lo è da fonti fossili, tipicamente da metano con steam reforming, si parla di idrogeno grigio, sequestrando la CO2 (CCS) diviene idrogeno blu, mediante elettrolisi da FER è idrogeno verde. Esclusa la CCS sono tutti processi di chimica industriale noti, che necessitano il passaggio ad una produzione di serie per la quale serve una domanda certa. È qui utile ricordare che l’idrogeno, oltre alla stabilizzazione della produzione FER, sia sulla rete elettrica (fuel cell) che in quella del gas (blending), serve alla difficile decarbonizzazione dei trasporti e come materia prima per l’industria del vetro, dell’acciaio e dei fertilizzanti.
Dal punto di vista della sostenibilità economica, per l’idrogeno risulta determinante oltre al CAPEX, il differenziale tra prezzo minimo e massimo dell’energia su base oraria (ore/anno). Purtroppo, oggi in Italia le FER “sprecate” (e pagate in bolletta) si limitano alla sola mancata produzione eolica (circa l’1% del totale), ma sui mercati elettrici internazionali già si assiste al fenomeno dei prezzi nulli o negativi del kWh fotovoltaico. È quindi verosimile che nei prossimi anni, con il deciso aumento delle FER (calendarizzato nel PNIEC), molti GWh del fotovoltaico italiano varranno zero€. Infatti paesi con quote rinnovabili vicine al 30% come Germania, Spagna e Danimarca già investono in sistemi di accumulo per produrre idrogeno con elettrolizzatori da decine di MW.
L’idrogeno rappresenta certamente il vettore energetico con maggiore potenziale di raccordo tra
1) una rete elettrica sempre più alimentata da FER non programmabili;
2) una mobilità elettrica dove le emissioni si calcolano su tutto il ciclo di vita e non solo alla marmitta;
3) una difficile decarbonizzazione dell’industria energy-intensive che necessita di calore industriale.
Non solo. Stoccare FER facendo idrogeno crea una sinergia tra tutte le reti: serve acqua per fare l’elettrolisi, metti idrogeno nella rete gas (e vendi anche l’ossigeno), ci muovi i treni e le auto, reimmetti elettricità nelle ore “migliori” nei cavi (con le fuel cell) e, al contempo, decarbonizzi anche le industrie energivore (acciaio, vetro, fertilizzanti), oggi in grave crisi in Italia.
Alcuni esempi. Il North Sea Wind Power Hub è un progetto ideato da operatori olandesi, danesi e tedeschi, cui si è unito il porto di Rotterdam che prevede di creare delle isole artificiali “Power Link” nel Mare del Nord, all’intersezione delle acque territoriali dei 3 paesi per realizzare un parco eolico di oltre 100GW con cui produrre idrogeno da elettrolisi (green hydrogen) per i trasporti, l’industria siderurgica ed il settore elettrico.
In Italia, è doveroso ricordare il virtuoso ed unico progetto di Bolzano dove si produce idrogeno da energia idroelettrica per rifornire un distributore (l’unico ad oggi, ma due sono in costruzione) che alimenta sia degli autobus che delle auto a fuel cell. Aspettando che la rete si diffonda…con l’aiuto di un’opinione pubblica motivata e consapevole!
Idrogeno o batterie?
Alcuni motivi si ripetono nel dibattuto tra le auto a idrogeno e batteria. Ho appena visto sia il video neutrale di Business Insider Why Hydrogen Cars Will Be Tesla’s Biggest Threat che la veemente smentita di un pro-Tesla. Credo che spingere i BEV, evidenziando quanto economico ed ubiquo sia ricaricare da casa, significa dimenticare – coscientemente – sia l’evoluzione del sistema elettrico che il ciclo di vita delle batterie; oltre ai bisogni dell’acquirente.
L’autonomia del veicolo conta eccome. Anche perché nel caso dei BEV diminuisce costantemente e, quando la batteria si degrada del 30, 50%, questo rappresenta un reale e crescente problema. Anche il fine vita non viene per nulla menzionato. Questo è scorretto poiché dimensione e costo di gestione di migliaia di tonnellate di litio e cobalto degradati rappresentano una questione ambientale politica ed economica, oltre che morale. Vedi: Il vero dilemma del ciclista elettrico? 700€ di costo della batteria.
Con l’auto elettrica stiamo parlando di una totale mancata integrazione tra sistema di mobilità e trasporti e politica energetica e reti elettriche. Non esiste nessuna sinergia con rete ferroviaria e produzione industriale decarbonizzata. Si esclude totalmente la rete gas, patrimonio infrastrutturale italiano ben presente. Doveroso qui nominare Enrico Mattei, partigiano e uomo con una visione per il paese. Si ripropone il modello di cavallo vittorioso al nuovo cow-boy senza fumo e silenziosa, spingendo il problema più in la nello spazio e nel tempo. Con miopia.
Gli apologeti di Elon Musk sono fiduciosi che l’autonomia BEV supererà quella dei FCEV, parlano di stazioni di ricarica rapida con i tettucci fotovoltaici pronte a sostituire le brutte centrali a carbone degli US, insistendo sui pochi km guidati ogni giorno dalle persone nel casa-lavoro. Cercano esattamente di rimpiazzare l’auto di oggi a benzina e diesel con le batterie. Vendendo modelli da oltre 30.000 euro viene sottolineato quanto si risparmia con la spina di casa, questo comporterà la fine delle stazioni di benzina, delle compagnie petrolifere e…viva il fotovoltaico!
Non basta.
Infrastruttura per auto a batteria (BEV) e a idrogeno (FCEV): 1.000.000 di auto significa
FCEV = 400 stazioni di H2 costo: per 0.5 Mld$ (<200kgH2/giorno) oppure
BEV = 1 Milione di stazioni di ricarica a casa + 10.000 stazioni pubbliche
La differenza cruciale tra l’idrogeno e l’elettricità è che l’idrogeno è un vettore energetico chimico, composto da molecole e non da elettroni. Questa distinzione è alla base di tutte le ragioni per cui, in molti casi, l’idrogeno è vincente rispetto all’elettricità. L’energia chimica può essere immagazzinata e trasportata in modo stabile, come avviene oggi con petrolio, carbone, biomassa e gas naturale[1]. Le molecole possono essere stoccate per lunghi periodi, trasportate per mare su navi, bruciate per ottenere alte temperature e utilizzate nelle infrastrutture esistenti e nei modelli di business oggi applicati nel caso dei combustibili fossili. Data la sua natura molecolare, l’idrogeno può essere combinato con altri elementi come il carbonio e l’azoto per produrre combustibili a base di idrogeno più facili da gestire o essere utilizzato come materia prima nell’industria.
Senza l’idrogeno un sistema energetico decarbonizzato basato sull’elettricità sarebbe tutto basato sui flussi di energia e i sistemi energetici basati sui flussi devono essere in grado di soddisfare la domanda e l’offerta in tempo reale, attraverso grandi distanze, risultando vulnerabili ad eventuali interruzioni dell’approvvigionamento. L’energia chimica aggiunge un elemento di stock all’economia dell’energia contribuendo in modo significativo alla resilienza del sistema energetico.
…e frenando le speculazioni finanziare che “puntano ” sulla paura che l’energia venga a mancare, dico io!
[1] Anche le batterie immagazzinano energia chimica, ma non nei legami di molecole che possono essere immagazzinate in blocco. Nelle batterie, l’energia chimica è un accumulo di ioni ed elettroni su catodi e anodi in combinazioni di sostanze chimiche appositamente preparate; spesso si tratta di sostanze chimiche complesse e poco stabili. Inoltre l’energia chimica delle batterie si degrada più rapidamente nel tempo.
