in collaborazione con il Collegio degli Ingegneri e Architetti di Milano

Lo studio dell’Enea è stato illustrato in un convegno svoltosi in provincia di Bologna
Idrogeno, grande speranza per cercare di risolvere i problemi energetici del futuro

BOLOGNA - Quale prospettive per la situazione energetica mondiale? Le vicissitudini belliche ed economiche legate al petrolio proiettano ombre nere su un futuro incerto. Il mancato decollo delle energie complementari, per ragioni contingenti e tecnologiche, il miraggio, sempre lontano della fusione nucleare, l’opposizione dell’opinione pubblica al nucleare da fissione, lasciano poco spazio alla speranza.

Al momento, l’idrogeno rappresenta l’unica alternativa valida, con la quale i paesi industrializzati potrebbero risolvere i loro problemi contingenti, sia per la trazione sia per altri usi, nonostante le difficoltà di produzione, distribuzione e accumulo, attualmente in via di perfezionamento. Perché il sistema energetico mondiale evolva in modo sostenibile dal punto di vista ambientale e delle risorse socio economiche, occorre operare oculatamente, senza perdere di vista l’obiettivo principale. La situazione è resa critica dall’esauribilità delle fonti, dalle modifiche del clima globale per effetto serra e inquinamento, generato dalla maggior parte dei cicli energetici, e soprattutto, dalla mancanza di equità nella distribuzione e nell’uso delle risorse.

La crescita dei consumi d’energia è determinata non solo dall’aumento esponenziale della popolazione ma anche, e soprattutto dallo sviluppo economico. Man mano che i paesi in via di sviluppo progrediscono, la richiesta d’energia aumenta. L’Unione Europea ha notevoli problemi in questo campo e il soddisfacimento della domanda non è sempre garantito, perché gli approvvigionamenti derivano principalmente da paesi che non fanno parte dell’unione. secondo uno studio fatto dall’Enea e illustrato recentemente a Brasimone (Bologna) in un seminario organizzato per l’UGIS (Unione Giornalisti Scientifici Italiani), la ottimizzazione dei consumi può avvenire soltanto agendo sui settori “trasporto” e “residenziale”, nei quali è difficile adottare efficaci provvedimenti senza causare notevoli ripercussioni a livello sociale.

I consumi di energia primaria, pari a circa 175 Mtoe (mega tonnellate equivalenti di petrolio), pongono l’Italia al quarto posto nell’Unione Europea, che occupa l’undicesimo posto nel mondo. In particolare, il nostro Paese ha una forte dipendenza energetica dall’estero. Il problema non è disgiunto da quello dell’emissioni di gas serra. All’inizio del secolo, la CO2 nell’aria era pari a 290 ppm (parti per milione). Oggi è di circa 380 ppm. Si prevede, per i prossimi anni, un continuo aumento delle emissioni di CO2 e della sua concentrazione nell’atmosfera, a meno che non intervengano sostanziali modifiche del sistema energetico. L’UE dovrà percorrere un lungo cammino per mantenere l’impegno del protocollo di Kjoto, al fine di ridurre le emissioni dell’8%, rispetto al periodo di riferimento, negli anni tra il 2008 e il 2012.

L’attuale situazione rende molto improbabile che si possano raggiungere gli obiettivi prefissati. “Sarà necessario – ha affermato il dottor Raffaele Vellone, del Progetto Idrogeno e Celle a Combustibile dell’ENEA provvedere contemporaneamente:

• ¦ all’aumento dell’efficienza dei sistemi, con conseguente riduzione dei combustibili fossili;
• ¦ all’espansione dell’l’impiego di fonti energetiche a basso o nullo contenuto di carbonio (gas naturale, rinnovabili, nucleare); ¦ alla separazione della CO2 prodotta nella trasformazione dei combustibili fossili e al contenimento della stessa;
• ¦ all’aumento del potenziale di assorbimento della CO2 da parte dell’ecosistema.

L’idrogeno, com’è noto, è un vettore che può contribuire allo sviluppo di un sistema energetico sostenibile, in quanto può essere prodotto da un’ampia gamma di fonti primarie (fossili, rinnovabili, nucleare), consentendo di migliorare i margini di sicurezza degli approvvigionamenti.Non genera né CO2 né altri inquinanti locali durante il suo utilizzo, consentendo una riduzione di gas serra e delle emissioni inquinanti. Trova impiego in una molteplicità di applicazioni (usi stazionari, portatili e trasporto). Uno scenario energetico basato nel breve-medio termine sull’idrogeno consentirebbe di contenere l’effetto serra, senza rinunciare ai combustibili fossili e lasciando tempo per sviluppare nuove fonti. Le potenzialità offerte dall’idrogeno, sia per la sicurezza e sia per i benefici ambientali, sono enormi: produrre idrogeno a costi competitivi offrirebbe vantaggi notevoli rispetto all’attuale sistema energetico, sia in termini di diversificazione dell’offerta sia per la riduzione delle emissioni di gas serra. Sono necessari sforzi e investimenti considerevoli nel settore della R&S per rendere disponibili tecnologie in grado di garantire la produzione, lo stoccaggio e l’utilizzo dell’idrogeno a costi contenuti. Allo stato attuale occorrono investimenti nelle infrastrutture per trasformare l’idrogeno in un vettore ampiamente utilizzabile. La competitività delle tecnologie dell’idrogeno migliorerebbe significativamente, se fossero contabilizzate le “esternalità”.

Lo sviluppo dell’idrogeno come vettore energetico comporterebbe quindi mutamenti sostanziali nel sistema, dalle fonti utilizzate alle tecnologie di uso finale. Si richiedono tempi lunghi e ingenti investimenti per lo sviluppo delle tecnologie necessarie e per la graduale introduzione sul mercato, che può essere attuata soltanto con un forte sostegno pubblico e nell’ambito di ampie collaborazioni internazionali. Tuttavia sussiste una serie di barriere che ostacolano la rapida penetrazione dell’idrogeno nel mercato e che devono essere assolutamente rimosse. “Queste barriere – ha spiegato il dottor Agostino Jacobazzi, dell’Enea - si possono raggruppare in:

• ¦ tecnologiche (attuali sistemi di produzione, distribuzione, accumulo e utilizzo non ancora adeguati); ¦ stutturali, per la mancanza di adeguate reti di distribuzione e di servizi;
• ¦ economiche, legate ai costi ancora elevati per i sistemi di produzione e per le infrastrutture; ¦ normative, per la mancanza di codici e standard che ne regolino la sicurezza nell’uso:
• ¦ sociali, legate al comportamento del consumatore, che privilegia scelte di tecnologie consolidate, piuttosto che innovative, e una percezione negativa dei rischi derivanti da un ampio uso dell’idrogeno.

” Organizzazioni pubbliche e private italiane aderiscono ad alcune attività internazionali nel settore dell’idrogeno e delle celle a combustibile. Tra questi l’International Partnership for Hydrogen Economy, proposta dal ministero dell’Energia Usa, l’European Hyrogen an Fuel Cells Technology Platform della Commissione Europea, l’Implementing Agreements su idrogeno, celle a combustibile, veicoli elettrici ed ibridi dell’International Energy Agency, il Carbon Sequestration Leaderhip Forum. Il DOE (ministero dell’Energia USA) ha favorito la nascita dell’Internazional Partnership for Hydrogen Economy (IPHE), cui aderiscono 15 nazioni, oltre all’Unione Europea. I vari partner si sono impegnati ad accelerare lo sviluppo dell’idrogeno e delle celle a combustibile.

I consumatori potranno, nel 2020, acquistare, a prezzi competitivi, veicoli a idrogeno, disponendo nel contempo di una infrastruttura adeguata per il rifornimento. La Piattaforma Idrogeno e Celle a combustibile, avviata agli inizi del 2004, consiste nel promuovere e accelerare lo sviluppo e la diffusione di tecnologie europee competitive del settore, nelle applicazioni stazionarie, portatili e nel trasporto. Si prevede di ottenere un’agenda di ricerca strategica europee che definisca obiettivi, priorità, tempi e budget per le attività di ricerca e sviluppo pubbliche e private. Sono anche da individuare le necessarie misure politiche per un’appropriata strategia di diffusione, nonché una roadmap europea per l’idrogeno, che guidi la transizione verso il futuro.

E’ opportuno disporre di collaborazioni pubblico-privato, per promuovere la commercializzazione e una strategia per le partecipazioni internazionali. Le iniziative europee per la crescita dell’Idrogeno, nell’ambito del programma Quick Start, identificano l’Economia dell’idrogeno come una delle aree chiave degli investimenti per il medio termine (2014-2015). Sono previsti due principali progetti, l’Hycon e l’Hypogen, con un budget totale di 2,8 miliardi di Euro. L’Hycom, contempla la creazione di “comunità a idrogeno” autonome che producano idrogeno e lo utilizzino per la generazione di energia elettrica, calore e per l’alimentazione di veicoli. Il secondo, Hypogen, prevede la realizzazione di un impianto dimostrativo di grandi dimensioni per la produzione d’idrogeno ed elettricità da combustibili fossili, ma che sia in grado di separare e confinare, in assoluta sicurezza, tutta la CO2 originata nel processo.

Da parte sua, Enea sta conducendo, in collaborazione con RISO (National Laboratory e Fraunhofer ISO), uno studio di prefattibilità teso ad esaminare i principali aspetti tecnici, economici, ambientali e sociali connessi con la definizione e lo sviluppo di Hypcon e Hypogen. L’IEA (International Energy Agency), che coordina le attività per lo sviluppo economico, la sicurezza, la protezione ambientale e il benessere dei Paesi aderenti, sostiene, da 25 anni, attività e ricerche indirizzate alle tecnologie dell’idrogeno. Attualmente sono in corso task per la produzione di idrogeno per via fotoelettrolitica, fotobiologica e da fonti a base di carbonio, materiali per l’accumulo dell’idrogeno e aspetti della sicurezza. Il Carbon Sequestration Leaderhip Forum è un’iniziativa internazionale su cambiamenti climatici, focalizzata allo sviluppo di tecnologie a basso costo per la separazione, la cattura e il confinamento dell’anidride carbonica.

Lo scopo del CSLF è rendere ampiamente disponibili tali tecnologie per identificare e affrontare problematiche più ampie, legate alla cattura e all’accumulo del carbone. Anche in Italia sta crescendo l’interesse per l’idrogeno e per le tecnologie collegate. I principali progetti dimostrativi, in corso nel nostro Paese, sono avviate da diverse amministrazioni Locali. Per citarne qualcuno: il progetto Hysilab (Torino), per lo sviluppo delle tecnologie dell’idrogeno; “Zero Regio Project” (Milano), infrastrutture combustibili alternati; Highvalley (Abruzzo), realizzazione di sistemi energetici per produzione d’idrogeno da fonti rinnovabili; Valmontone (Lazio), stazione di rifornimento idrogeno. Un importante progetto, cui partecipano industrie e istituti di Francia, Germania, Grecia, Italia, Norvegia e Olanda, è l’HyWays, che ha lo scopo di presentare gli scenari d’introduzione dell’idrogeno come vettore energetico a livello delle singole nazioni e dell’intera Europa, al fine di acquisire i necessari elementi di conoscenza per il sostegno alle prossime azioni.

L’Enea, con contributo del MIUR di 51,120 milioni di Euro, ha allo studio tecnologie e processi innovativi per affrontare la transizione e preparare al futuro. Le pietre miliari di questa transizione, secondo una ricerca dell’Enea, prevedono, nel medio e lungo termine: 2000-2010_ Produzione d’idrogeno mediante reforming del gas naturale ed elettrolisi. Raggruppamenti locali di stazioni di rifornimento. Trasporto di H2 su strada e produzione on site. 2010-2020_ Raggruppamenti di reti locali di produzione H2. Produzione di idrogeno da combustibili fossili con sequestro di CO2. 2020-2030_ Significativa produzione d’idrogeno da fonti rinnovabili, compresa la gasificazione delle biomasse.

Interconnessioni alle reti locali di distribuzione H2. Ampia diffusione di reti di idrogenodotti. 2030-2040_ Fonti rinnovabili, sequestro CO2 e nuovo nucleare. Aumento della decarbonizzazione nella produzione H2. Le celle a combustibile diventano la tecnologia dominante nei trasporti. 2040-2050_ Produzione diretta di H2 da fonti rinnovabili. Idrogeno nei trasporti aerei Dopo il 2050 ci sarà una società dell’idrogeno senza carbonio e un’economia tutta orientata all’idrogeno. Attualmente una larga percentuale di idrogeno è prodotta attraverso lo steam reforming di idrocarburi, oggi il metodo più economico per ottenere H2.

I combustibili fossili rappresentano la soluzione più vicina, sulla quale puntare a medio termine. Le tecnologie di produzione sono mature, ma necessitano di un ulteriore miglioramento dal punto di vista energetico e ambientale. La produzione di H2 mediante elettrolisi dell’acqua è un processo ormai a punto, che potrebbe diventare accettabile solo con un costo dell’energia estremamente basso. Ovviamente, il prezzo dell’idrogeno risentirà dell’effetto “scala”.