Idrogeno, perché il blu non è il colore giusto e il verde è ancora troppo costoso

Sostituire l’idrogeno nero o grigio con quello blu non solo non ridurrebbe l’impatto ambientale, ma addirittura aggraverebbe il problema!

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Sostituire l’idrogeno nero o grigio con quello blu non solo non ridurrebbe l’impatto ambientale, ma addirittura aggraverebbe il problema!
Sostituire l’idrogeno nero o grigio con quello blu non solo non ridurrebbe l’impatto ambientale, ma addirittura aggraverebbe il problema!

Bruciare idrogeno blu potrebbe rappresentare, da un punto di vista ambientale, fino al 20% di peggioramento rispetto ai combustibili fossili. Sono queste le conclusioni alle quali sono giunti i ricercatori di Cornell University e Stanford nello studio dei prof. Robert Howard e Mark Jacobson.

Senza esitazioni, questi studiosi si appellano ai Governi di tutto il mondo perché investano unicamente nell’idrogeno verde, chiamando l’idrogeno blu “una scommessa pericolosa”.

Queste parole sarebbero dure anche se venissero da Greta Thunberg e dai manifestanti di Fridays for Future, ma sono vere e proprie pietre tombali quando provengono da istituzioni prestigiose come quelle cui appartengono questi studiosi. E con un incipit incentrato sul 20% le riviste specializzate internazionali hanno accolto la pubblicazione  dello studio. Proviamo a fornire elementi per comprendere le differenze nell’uso dell’idrogeno e le sue diverse “colorazioni”.

Tutti i colori dell’idrogeno

Chiariamo subito che non tutto l’idrogeno è uguale. In effetti da un punto di vista chimico ovviamente è così, ma nella discussione energetica di solito lo distinguiamo in base al processo col quale lo abbiamo prodotto.

Il primo che vediamo nell’infografica in alto a sinistra è l’idrogeno NERO, quello più economico, che si produce dalla massificazione del carbone o della lignite. Questo processo produce una gran quantità di CO2, ma fino a ieri non ce ne siamo minimamente preoccupati, tanto l’atmosfera non vota!

Alla sua destra troviamo l’idrogeno GRIGIO, prodotto tramite idrolizzazione del metano: costa il doppio (o anche più) di quello nero, e in effetti i suoi fumi sono un pochino più puliti, anche se non di molto.

Visto che al giorno d’oggi l’atmosfera continua a non votare ma chi la respira vota, eccome, l’industria dei combustibili fossili ha sviluppato un concetto assai interessante, alla cui base c’è un procedimento chiamato CCUS (Carbon Capture, Utilization and Storage). L’idea è che anziché disperdere nell’atmosfera la CO2, possiamo catturarla e farci qualcosa di utile, oppure interrarla. Torneremo su questi aspetti tra pochissimo. Qui ci limitiamo a sottolineare come queste lavorazioni aggiungano costi all’idrogeno prodotto (denominato BLU, in basso a destra) ma – almeno in linea di principio – riducano di molto o completamente le emissioni di gas dannosi.

Da ultimo, ma non per ultimo, in basso a sinistra abbiamo l’idrogeno VERDE, prodotto tramite elettrolisi dell’acqua; è il più costoso di tutti ma (se l’elettricità usata proviene da fonti rinnovabili, e l’idrogeno viene usato là dove viene prodotto) il suo impatto ambientale è praticamente nullo.

Mettiamo in evidenza alcuni dati di questa infografica, i costi secchi per kg, che ci saranno utili più avanti.
Questa la tabella:

  • idrogeno nero, tra 0,50 e 0,90 dollari;
  • idrogeno grigio, tra 1,00 e 1,80 dollari;
  • idrogeno blu, tra 1,40 e 2,80 dollari;
  • idrogeno verde, tra 2,50 e 6,80 dollari.
Una precedente versione di questo testo è fruibile anche in video, sul canale di OneWedge.

L’idrogeno, oggi: 120 milioni di tonnellate

Oggi l’idrogeno è un reagente chimico molto prezioso, usato in molte lavorazioni industriali e se ne producono nel mondo circa 120 milioni di tonnellate l’anno. Purtroppo circa due terzi sono del tipo nero, e il rimanente terzo è grigio, mentre quello blu e a maggior ragione quello verde sono ancora allo stadio sperimentale.

Ma come vengono usate questi 120 milioni di tonnellate? Al primo posto c’è la produzione di ammoniaca (formula chimica NH3) per sintetizzare i fertilizzanti che ci permettono di mettere cibo sulla tavola di 6-7 miliardi di esseri umani (non in ugual misura a tutti, purtroppo!). Un altro impiego importantissimo è nelle lavorazioni del ferro delle acciaierie e degli idrocarburi stessi nelle raffinerie e molti altri usi minori.

Le emissioni di gas serra che derivano da questa produzione ammontano a ben il 3% delle emissioni totali del pianeta, ovvero a qualcosa di meno delle emissioni nocive causate da UN MILIARDO di automobili.

Insomma, nel nostro risicato bilancio carbonico, è una voce tra le più importanti. La logica ma anche il buonsenso vorrebbero che prima di pensare ad utilizzare l’idrogeno come carburante, pensassimo a come decarbonizzare quello – indispensabile – che ci permette di mangiare!

Proviamo allora a vedere: possiamo usare l’idrogeno verde? Certamente è il più pulito di tutti.

Purtroppo però per produrre un kg di idrogeno servono circa 55 kWh, e per sostituire tutte le 120 milioni di tonnellate, servirebbero 6600 TWh, ovvero più di un quarto della produzione elettrica dell’intero pianeta.

Peggio ancora, però, perché l’energia elettrica impiegata deve provenire da rinnovabili (cioè non causare a sua volta emissioni): in tal caso, l’energia indicata è SUPERIORE all’intera produzione di rinnovabili mondiale. Strano che per questo bilancio così fallimentare, chi si preoccupa tanto dell’energia elettrica che ci vorrà per le auto elettriche non sollevi gli stessi allarmi: guarda caso, si tratta degli stessi che a gran voce propongono l’idrogeno come soluzione universale.

Ma c’è di più: calcolando un sovra-costo di 5 dollari al chilogrammo (vi ricordate i prezzi indicativi sulla infografica?) bisogna anche trovare chi pagherebbe i 600 miliardi di dollari di costi aggiuntivi. Qui la strada sembra davvero a senso unico: paghi chi inquina, cioè CARBON TAX, una misura che in alcuni paesi ed in alcuni settori è già in vigore ma che, come si può immaginare, non è senza oppositori!

Insomma, l’idrogeno verde non è poi una strada tutta in discesa. E se provassimo con quello blu?

Attenti ai vati dell’approccio CCUS

Cominciamo col dire che l’idrogeno blu si ricava per idrolizzazione del metano, formula CH4 (un carbonio e quattro idrogeni). E’ sostanzialmente lo stesso processo con cui si produce l’idrogeno Grigio o Nero, ma la CO2 prodotta dalla reazione chimica viene “catturata” con procedimenti chimici o meccanici (come visto, collettivamente denominati CCUS o Carbon Capture, Utilization and Storage) trasformandola da problema a risorsa.

Purtroppo questo processo produttivo comporta delle perdite sia involontarie (microfessurazioni nelle tubature, o perdite nelle flange delle valvole), sia procedurali (come il venting, lo sfiato controllato) di un gas che, nel medio periodo, è 86 volte peggio della CO2 quanto ad effetto climalterante.

Certo il CH4 (cioè il metano) è assai meno persistente, il che spiega perché l’industria petrolifera preferisca calcolarne l’impatto su un periodo molto più lungo di ben 100 anni. E’ solo grazie alla lunghezza di questo periodo che oggi parliamo solo di CO2 e mai di CH4, perché se ragionassimo su venti o trent’anni, la musica sarebbe del tutto diversa. Alzi però la mano chi crede che abbiamo davanti a noi 100 anni di tempo…

E, come abbiamo visto all’inizio, nel mese di agosto 2021 è stato pubblicato il primo studio scientifico (linkato nella bibliografia) che è giunto alle conclusioni strabilianti che tanta attenzione hanno attirato nei media di tutto il mondo: 

sostituire l’idrogeno nero o grigio con quello blu
non solo non ridurrebbe l’impatto ambientale,
ma addirittura aggraverebbe il problema!

Naturalmente, stiamo prendendo per oro colato le promesse di chi ce lo propone circa l’efficacia dei sistemi di CCUS, i quali sono nell’infanzia dello sviluppo. Tanto per dire, nessun impianto di CCUS è ancora arrivato, nonostante siano passati diversi anni e decine di milioni di denari pubblici, a raggiungere gli obiettivi di cattura prefissati. Anzi, un paio di progetti pilota sono già stati abortiti per evidente impossibilità di raggiungerli.

Segnalo in particolare che la U della sigla sta per Utilization: in pratica la CO2 viene pompata ad alta pressione dentro un giacimento petrolifero in via di esaurimento per spremerne petrolio che, una volta utilizzato, produrrà quasi IL DOPPIO della CO2 originaria!! 

Ancora una volta, anziché risolvere il problema, lo stiamo peggiorando!

Insomma, penso che la situazione sia chiarissima: l’idrogeno causa già oggi un enorme problema ambientale che non sappiamo come risolvere.

Una volta che questa soluzione l’avremo trovata potremo discutere anche di altre applicazioni dell’idrogeno come combustibile, ciascuna delle quali purtroppo presenta i suoi problemi.

Per usarlo come carburante per le auto dovremo, ad esempio:

  • diminuire l’esorbitante costo di produzione;
  • diminuire il costo delle stazioni di servizio, oggi molto più costose di quelle per le auto elettriche;
  • trovare il modo di pomparne molto di più (circa il triplo) per generare lo stesso calore.

Per usarlo nelle case dovremo capire:

  • come distribuirlo, dato che le tubature del gas NON sono in acciaio dolce e dunque si infragilirebbero fessurandosi;
  • come sostituire pompe, valvole e saldature esistenti, visto che l’idrogeno è molto più piccolo e leggero del metano.

Per usarlo sui camion dovremo ridurre il peso dei contenitori ad alta pressione che lo trattengono.

Un impiego di cui ci sarà un gran bisogno è come stoccaggio di rete. Per questo uso, dovremo assicurarci di non perderlo per strada per evaporazione.

In conclusione, la ricerca sull’idrogeno è importantissima, e deve essere orientata a risolvere il problema ambientale che il suo uso irrinunciabile pone già oggi.

Bibliografia


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