[1] IEA, The Future of Hydrogen, giugno 2019
[2] 1 kg di idrogeno di norma contiene 33,3 kW/ora di energia utilizzabile. Fonte: h2data
[3] A hydrogen strategy for a climate-neutral Europe, Commissione europea, 08.07.2020. L'obiettivo di 80 GW è composto da 40 GW in Europa e 40 GW nei Paesi limitrofi che esportano nell'UE
. [4] Agora Energiewende, The future cost of electricity based synthetic fuel
Idrogeno: cercando di fare chiarezza
Con l'aumento della produzione e la diminuzione dei costi, si prospetta un futuro alimentato dall'idrogeno.
Scritto da
The Thematic Advisory Board
L'idrogeno è l'elemento più antico, leggero e abbondante nell'universo.
Ma solo nel 1766 il mondo scoprì il suo potenziale come fonte di energia.
In un esperimento rivoluzionario, lo scienziato inglese Henry Cavendish isolò il gas mescolando metallo e acido per produrre quella che chiamò “aria infiammabile” che emetteva acqua quando veniva bruciata.
Purtroppo, da allora, le menti più brillanti al mondo non hanno fatto grandi progressi, dato che gli sforzi per trasformare l'idrogeno in una fonte di energia pulita sono stati continuamente ostacolati dai costi. Il costo di produzione, stoccaggio e trasporto del gas è stato sempre proibitivo e, per questo motivo, molti esperti hanno trascurato questa fonte come alternativa concreta ai combustibili fossili.
Eppure, gli sviluppi più recenti suggeriscono che questa opinione non è più giustificata.
Dall'Europa all'Asia e al Pacifico, i governi e le aziende - produttori di elettricità e gas, compagnie di distribuzione dell'energia e case automobilistiche - stanno incrementando gli investimenti per sviluppare nuove tecnologie basate sull'idrogeno.
Questi sforzi non sono privi di fondamento. Piuttosto, testimoniano i recenti progressi che potrebbero portare presto i costi di produzione dell'idrogeno a diminuire in modo drastico, come successo con quelli dell'energia eolica e solare.
Questo, secondo l'Advisory Board della nostra strategia Pictet-Clean Energy, dovrebbe facilitare l'inserimento dell'idrogeno nel mix energetico a zero emissioni di CO2.
I molti colori dell'idrogeno
L'idrogeno può anche essere il gas più abbondante, ma non esiste allo stato puro nell'atmosfera, e le tecniche per estrarlo sono tutte complicate e costose.
Oggi, circa il 95% dell'idrogeno è "marrone” o “grigio”, ossia ricavato attraverso un processo con cui viene estratto dal carbone o dal gas naturale mediante la ricomposizione di metano o idrocarburi.
Il nostro Advisory Board stima che per generare solo 1 kg di idrogeno questi processi industriali producono fino a 11 kg di emissioni indirette di anidride carbonica. In questo caso può rivelarsi utile l'idrogeno "blu", che ha un'impronta di carbonio molto inferiore.
Il processo per produrre idrogeno blu è inizialmente identico a quello dell'idrogeno grigio.
Tuttavia, la differenza tra blu e grigio sta nel fatto che il primo prevede un processo aggiuntivo volto a ridurre le emissioni di CO2 associate alla produzione di idrogeno. Per tale scopo impiega la tecnologia CCS (Carbon Capture and Storage) di cattura e stoccaggio del carbonio, con la quale si interra il prodotto secondario del carbonio in giacimenti sotterranei.
Non è, però, economicamente conveniente (si veda il grafico), e nemmeno completamente privo di emissioni.
I nostri consulenti affermano che l'idrogeno blu inizierà a diventare competitivo in termini di costi quando i prezzi del carbonio (anche attraverso un costo applicato a chi inquina) saranno pari a circa 60-70 euro per tonnellata di CO2, e quando migliorerà la tecnologia CCS.
Idrogeno: non sempre verde
Costo della produzione di idrogeno in base ai metodi di produzione
Rendere l'idrogeno più ecologico
Considerati tutte le carenze a livello ambientale dell'idrogeno marrone, grigio e blu, l'idrogeno “verde” è quello che offre la soluzione probabilmente più sostenibile.
L'idrogeno verde proviene dall'elettrolisi dell'acqua, un processo che scinde l'acqua in ossigeno e idrogeno, utilizzando corrente elettrica generata da fonti rinnovabili come il vento e il solare. Il processo produce zero emissioni di carbonio, ed è questo il motivo per cui è noto come "verde".
L'IEA afferma che, a livello mondiale, la capacità di idrogeno verde è aumentata da 1 MW nel 2010 a 25 MW nel 2019, grazie a un drastico calo dei costi delle energie rinnovabili.
Il problema è che tale processo rappresenta meno dello 0,1% dell'attuale produzione totale di idrogeno.2
Ma con la crescita degli investimenti in questa tecnologia, il quadro potrebbe cambiare drasticamente nel prossimo decennio.
L'UE, che ha un ambizioso obiettivo di riduzione delle emissioni di CO2, mira a installare 6 GW di capacità di idrogeno verde a un costo stimato di 5-9 miliardi di euro, aumentando tale capacità fino a 80 GW entro il 2030, con investimenti fino a 44 miliardi di euro.
Gli investimenti cumulativi in idrogeno rinnovabile in Europa potrebbero arrivare fino a 470 miliardi di euro entro il 2050, portando la quota di idrogeno presente nel mix energetico europeo al 13-14% entro il 2050, partendo da meno del 2% oggi.3
Il nostro Advisory Board afferma che l'idrogeno verde potrebbe anche essere una soluzione utilizzabile, nel lungo termine e su larga scala, per immagazzinare la produzione in eccesso di energia rinnovabile. Infatti, questo nei prossimi decenni potrebbe rappresentare una sfida sempre più grande, man mano che il mix energetico si allontanerà dai combustibili fossili.
A causa della loro natura intermittente, le fonti di energia rinnovabile affronteranno sempre più spesso un problema noto come "curtailment”, ovvero la riduzione forzata dell'offerta. Ciò avviene quando gli operatori di rete sono costretti a diminuire la generazione di energia rinnovabile, poiché le infrastrutture di rete e di stoccaggio non sono in grado di gestire un picco di fornitura durante un periodo eccezionalmente soleggiato o ventoso.
Le batterie possono funzionare come fonte di stoccaggio a breve termine. Tuttavia, per la conservazione più a lungo termine, gli operatori di rete hanno utilizzato i sistemi a pompaggio che, di norma, immagazzinano e generano energia spostando l'acqua tra due serbatoi a diverse altezze.
Ma l'infrastruttura è costosa ed esiste un limite al numero di strutture di stoccaggio su larga scala di questo tipo che si possono costruire nel mondo.
L'idrogeno, invece, può essere utilizzato per catturare una produzione eccessiva di energia rinnovabile.
Gli elettrolizzatori possono lavorare 24 ore su 24 per produrre idrogeno verde utilizzando l'energia rinnovabile in eccesso che altrimenti dovrebbe essere “ridotta”. L'idrogeno può essere conservato sotto forma di gas o di liquido in un serbatoio ad alta pressione o a freddo, pronto per l'uso.
Sebbene siano ancora necessari molti progressi, affinché lo stoccaggio dell'idrogeno diventi competitivo, i nostri consulenti prevedono che questa diventerà una nicchia importante per l'idrogeno all'interno del mix energetico.
Auto a idrogeno in circolazione
I mandati e le politiche odierne - circa 50 a livello globale - si concentrano principalmente sull'introduzione dell'idrogeno verde nel settore dei trasporti. Una scelta sensata. I mezzi di trasporto sono responsabili di circa un quinto delle emissioni annue e sono la principale causa di inquinamento nelle città.
I progressi sul fronte delle celle a combustibile, che funzionano come le batterie ma non necessitano di ricarica, sono vitali in quanto consentirebbero di accelerare l'uso dell'idrogeno nei veicoli.
Ma è qui che i sostenitori dell'idrogeno potrebbero dover contenere il loro ottimismo.
Le celle a combustibile di solito convertono l'idrogeno in elettricità, che a sua volta alimenta i veicoli. Tuttavia, l'efficienza energetica delle celle a combustibile, misurata dalla quantità di elettricità finale che possono estrarre per 100 unità di energia tipicamente rinnovabile, è pari solo al 26%. Questo risultato va confrontato con l'efficienza del 69% delle batterie (anche se la resa delle celle a combustibile è superiore a quella dei motori a combustione interna, che funzionano con un'efficienza del 13%4).
Le celle a combustibile sono svantaggiate per via della perdita di potenza che subiscono durante i processi di conversione, come la trasmissione, l'elettrolisi e il trasporto, oltre le applicazioni meccaniche e per i motori elettrici.
Tuttavia, i costi delle celle a combustibile stanno diminuendo drasticamente grazie al miglioramento della tecnologia e alle economie di scala.
Secondo il nostro Advisory Board, questa situazione dovrebbe favorire una maggiore applicazione in alcuni tipi di veicoli, per i quali le batterie non possono competere economicamente a causa dei lunghi tempi di ricarica.
Qualche anno fa, produrre un singolo kilowatt di energia da celle a combustibile di idrogeno costava più di 1000 dollari. Secondo il Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti, entro il 2019 il costo era sceso a soli 53 dollari per kilowatt.
Il nostro Advisory Board prevede che i veicoli a celle combustibili a idrogeno, utilizzati nei segmenti di nicchia per carichi medi e pesanti, come autobus e autocarri, raggiungeranno la parità del costo totale di proprietà rispetto al diesel entro il 2028-2033.
La decarbonizzazione è una sfida che richiede un approccio onnicomprensivo. L'idrogeno potrebbe presto avere un ruolo importante,
ma anche l'infrastruttura dovrà essere adeguata:
alla fine del 2019, in tutto il mondo erano operative 470 stazioni di rifornimento ad idrogeno, in aumento di oltre il 20% rispetto al 2018.
Il nostro Advisory Board prevede un'ulteriore crescita, soprattutto in Asia. L'infrastruttura per l'idrogeno in Giappone è la più grande al mondo con 113 stazioni di rifornimento e il governo si sta assumendo un forte impegno scommettendo sul futuro dell'idrogeno, con politiche e investimenti industriali ambiziosi.
In Cina, il numero di stazioni di rifornimento è aumentato di tre volte nel 2019, arrivando a 61. Le autorità cinesi stanno esplorando ulteriori possibilità per linee ferroviarie alimentate a idrogeno, dopo un programma pilota conclusosi con successo nel 2019.
In passato, sull'idrogeno sono state fatte spesso promesse eccessive e deludenti, ma la corsa allo sviluppo di nuove tecnologie, sostenuta da forti investimenti governativi, sta cambiando la situazione.
La battaglia contro il cambiamento climatico attraverso la decarbonizzazione è una sfida che richiede un approccio onnicomprensivo. L'idrogeno potrebbe presto avere un ruolo importante in questa transizione.
Strategia Clean Energy di Pictet AM
Si va affermando la transizione verso un'economia decarbonizzata. I governi di tutto il mondo si sono impegnati a investire migliaia di miliardi di dollari per raggiungere i loro ambiziosi obiettivi di zero emissioni di CO2, in un momento in cui molte tecnologie per le energie rinnovabili sono diventate competitive in termini di costi rispetto ai combustibili fossili.
- La strategia Clean Energy di Pictet AM investe in società che supportano e beneficiano della transizione energetica. Mira ad offrire una crescita del capitale nel lungo termine con l'obiettivo di sovraperformare i principali indici azionari globali nel corso di un ciclo economico.
- La strategia investe in ampi e diversificati segmenti legati all'energia pulita, non solo nelle energie rinnovabili, ma anche in tecnologie, innovazioni e infrastrutture a sostegno della smart mobility, degli edifici ad alta efficienza energetica e della produzione manifatturiera efficiente.
- Attualmente non investiamo in società che si concentrano esclusivamente sull'idrogeno. Al contrario, abbiamo posizioni nelle utilities che usano le energie rinnovabili, che dovrebbero beneficiare della crescente domanda di idrogeno verde. Inoltre, queste aziende hanno l'ambizione di occuparsi dell'intera catena del valore dell'idrogeno verde dalla produzione, allo stoccaggio e alla distribuzione.
- Lanciata nel 2007, la strategia Pictet-Clean Energy vanta uno dei track record più lungo all'interno del settore. Il team esperto che gestisce la strategia Pictet-Clean Energy fa parte del nostro team pionieristico Thematic Equities, che gestisce circa 53 miliardi di dollari attraverso una vasta gamma di strategie.
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