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2020-09-28 18:02

Il Buco e La Pezza

LA STRATEGIA EUROPEA DELL'IDROGENO

di: 
Samuel Furfari*

Da European Scientist riprendiamo una severa critica delle Strategie europee dell’idrogeno che l’autore ha gentilmente tradotto in italiano per noi. Esperto di politiche energetiche, Furfari ha lavorato per 35 anni come alto funzionario presso la Commissione Europea.

La Commissione europea ha presentato la sua strategia sull'idrogeno nel luglio 2020. È convinta che sarà possibile fare in modo che l'idrogeno "pulito" sia una soluzione praticabile per un'economia climaticamente neutra e per costruire una catena del valore dinamica per questa risorsa nell'UE. È persino convinta di farlo nei prossimi cinque anni. La Commissione Europea è certa che "dal 2025 al 2030 l'idrogeno debba diventare parte integrante del nostro sistema energetico integrato, con almeno 40 GW di elettrolizzatori di idrogeno rinnovabile e la produzione fino a 10 milioni di tonnellate di idrogeno rinnovabile nell'UE". Per il 2030 l'idrogeno prodotto da energie rinnovabili dovrebbe essere distribuito in tutta l'UE. Con questa strategia idrogeno, la Commissione segue l'esempio della Germania, che aveva lanciato la sua un mese prima. La Commissione sa che ci sarà un conflitto con le leggi di mercato e propone quindi di creare una catena di valore aumentando la domanda di idrogeno che attualmente non esiste; ciò richiederà un "quadro di supporto", vale a dire un'imposizione al mercato da parte della politica.

 

Una falsa soluzione a un problema reale

Da più di 40 anni l'UE promuove l'energia rinnovabile, prima sostenendo lo sviluppo di nuove tecnologie, dal 2001 obbligando per legge la produzione di elettricità rinnovabile e dal 2009 anche per altre energie rinnovabili. Dal 2000, l'UE ei suoi Stati membri hanno speso più di 1000 miliardi di euro per raggiungere con l'energia eolica e solare il 2,5% della propria domanda di energia primaria. L'obiettivo ora è raggiungere il 100% entro il 2050. Nonostante un forte sviluppo nel periodo 2008-2015, gli investimenti nell'elettricità rinnovabile intermittente nell'UE non stanno tenendo il passo. Ma alcuni Stati membri continuano la loro precipitosa corsa verso progetti nati morti. Ricordiamo anche che, per l'UE, energia rinnovabile significa praticamente energia eolica e solare. Per loro, l'energia idroelettrica, che è il fiore all'occhiello delle energie rinnovabili permanenti, controllabili, economiche e pulite (massicciamente installate negli anni '50) è un argomento tabù. La produzione di energia eolica e solare è per sua natura intermittente; in caso di domanda insufficiente, l'eccedenza deve essere smaltita pagando per liberarsene, e questo costo è sostenuto da tutti i consumatori, in particolare dai consumatori domestici.

Immagazzinare questo eccesso di elettricità è quindi d'obbligo, ma le promesse utopiche fatte da politici e alcuni industriali sulle batterie non sono state e non saranno mantenute per ragioni intrinseche legate all'elettrochimica, ma anche alla geopolitica, perché la Cina controlla il mercato delle batterie attraverso la sua morsa sulle terre rare. Resta dunque la speranza della soluzione che consiste nel convertire in idrogeno l'elettricità che il mercato non vuole. Questa è la logica alla base della strategia idrogeno della UE: trovare una soluzione al problema dell'intermittenza dell'energia eolica e solare che essa stessa ha creato.

 

Una soluzione molto inefficiente

La conversione in idrogeno dell’elettricità che non trova mercato sarà realizzata mediante elettrolisi dell'acqua per dopo utilizzarlo come combustibile o convertirlo di nuovo in elettricità nelle celle a combustibile. Non sembra una meraviglia? Elettricità pulita che produce combustibile pulito che produce soltanto acqua quando lo si brucia! C’è anche un bonus: l’idrogeno sarà un'alternativa ai veicoli elettrici nel caso in cui, anche quest'altra strategia imposta al mercato tramite finanziamenti, non funzioni! Osserviamo che Germania, Giappone, Corea del Sud e persino Russia hanno appena annunciato importanti investimenti nella mobilità alimentata a idrogeno, per non dipendere troppo dalle terre rare e dalle batterie cinesi. L'entusiasmo è al culmine: treni, navi e persino aeroplani viaggeranno a idrogeno. Non hanno ancora pensato alle biciclette e ai monopattini alimentati a idrogeno, ma non tarderanno a proporlo!

Questa utopia è meno opportuna di quella dei biocarburanti dell'inizio degli anni 2000, imposta dall'UE nonostante l’opposizione degli ambientalisti e i dati scientifici. La strategia biocarburanti è fallita ma senza dirlo. Nel 2008, l'UE aveva decretato un consumo del 10% di biocarburanti per i trasporti entro il 2020; ma nel 2018 la stessa UE ha deciso di trasformare l’obbligo “minimo” in un “massimo”. Non potevano vietare completamente i biocarburanti come vorrebbe la razionalità e l'impatto negativo sull'ambiente, dato che la direttiva del 2008 aveva incoraggiato tramite finanziamenti gli industriali a investire nel settore. Quindi, continuiamo a sovvenzionare una produzione dannosa per l'ambiente. Con la nuova strategia sull'idrogeno, ci stiamo precipitando verso lo stesso fallimento e lo stesso spreco di sussidi perché totalmente inefficiente dal punto di vista energetico e dunque anche ambientale.

Ecco il meccanismo proposto:

  1. Produrre elettricità intermittente utilizzando l'energia eolica e solare e, quindi, a volte, in eccesso.
  2. Trasformare questa elettricità in idrogeno mediante l'elettrolisi dell'acqua.
  3. Comprimere o liquefare l'idrogeno per immagazzinarlo e trasportarlo.
  4. Bruciarlo per produrre elettricità.

Nessuno di questi passaggi richiede nuove tecnologie, hanno solo bisogno dell'investimento per essere realizzati. Ma i processi chimici industriali non sono mai efficienti al 100%. Il passaggio 2 ha un’efficienza al massimo dell'80% ; il passaggio 3 è efficiente al 70%. La fase 4 con le celle a combustibile - una tecnologia costosa che non è ancora prodotta in serie nonostante 30 anni di sostegno pubblico nell'UE e negli Stati Uniti - è oggi efficiente al 50%. L'efficienza dell'intero processo è quindi 0,80 x 0,70 x 0,50 = 0,28. Delle 100 unità di energia prodotte da turbine eoliche o pannelli solari, non rimane nemmeno il 30%. Il processo è totalmente inefficiente e quindi non avrà alcuna applicazione industriale senza sussidi. L'inefficienza si traduce ovviamente in un costo più elevato.

 

Un vecchio sogno
L'idrogeno è un argomento affascinante e quindi non dovremmo sorprenderci che sia stato studiato per decenni. Il primo riferimento all'idrogeno che ho trovato nei documenti della Commissione europea risale al 1972, cioè prima della prima crisi petrolifera. Era un rapporto del suo Centro di ricerca a Ispra (Varese) L'idea era, in un momento di entusiasmo per l'energia nucleare, di utilizzare reattori nucleari ad alta temperatura per dissociare la molecola d'acqua in idrogeno e ossigeno. Questa è ancora oggi una possibilità utilizzando un reattore nucleare ad altissima temperatura (VHTR) e potrebbe un giorno essere una soluzione (come l’ha riproposto Carlo Rubbia), ma siamo lontani dall’applicazione industriale. Inoltre, con il sentimento antinucleare nell'UE, se diventerà una realtà economica, sarà al di fuori dell'UE.

Un lungo articolo di Giorgio Beghi, funzionario del Centro Ricerche della Commissione Europea, pubblicato nel 1979 dal “Giornale degli ingegneri” (del Belgio # 2, p. 11) presenta l'affascinante soluzione che l'idrogeno stava per offrire alla società moderna. A quell’epoca, non esisteva la politica sul cambiamento climatico. Questo funzionario dell'UE spiegava che “l'utilizzo di idrogeno nei motori a combustione risale a molto tempo fa, quasi alle origini dello sviluppo dei motori. Non ci sono stati applicazioni industriali, ma i primi inventori e tecnici che lavoravano sui motori integrarono l'idrogeno nei loro studi: già nell'Ottocento ne esistevano alcuni e i primi brevetti per motori capaci di funzionare a idrogeno risalgano al 1854 ". Beghi annunciava allora, con solidi argomenti scientifici, le stesse promesse fatte adesso, con gli stessi condizionali. Cito solo una frase che parla da sola: “Per il trasporto aereo le prospettive sono molto incoraggianti e la densità energetica per unità di peso - il parametro interessante in questo caso - è molto più alta per l'idrogeno che per altre possibili soluzioni. Realizzazioni sperimentali possono essere previste negli anni '90. " Siamo trent’anni dopo.

Quando ero incaricato delle ricerche dell’UE per trasformare il carbone in prodotti liquidi - per produrre materie prime chimiche e petrolio, dato che eravamo spaventati dall'imminente fine del petrolio! -  ho lavorato molto sull'idrogeno, elemento essenziale per la produzione di combustibili sintetici. Poi, con il contro-shock petrolifero, il sogno dell'idrogeno si è dimezzato, ma non è scomparso del tutto.

È tornato alla ribalta nel 2003, quando il presidente George W. Bush e il presidente della Commissione europea, Romano Prodi, firmarono un accordo di cooperazione per lo sviluppo di un'economia dell'idrogeno, accompagnato da un altro di cooperazione nel campo delle celle a combustibile. Il comunicato stampa recitava: "L'idrogeno e le celle a combustibile […] sono fondamentali per raggiungere l'obiettivo dell'UE di sostituire il 20% dei carburanti per veicoli con carburanti alternativi entro il 2020, compreso l'idrogeno". Il 16-17 giugno 2003, 450 delegati entusiasti hanno partecipato a una conferenza USA-UE. Ma i politici non si preoccupano della chimica, per loro, dove c'è una volontà, c'è un modo. Ma allora di cosa si tratta con l'idrogeno? Propaganda politica, sogni e nient'altro.

 

Idrogeno, una pietra angolare per l'industria chimica
L'idrogeno non esiste nella natura (ci sono solo risorse marginali). Deve quindi essere prodotto dall'industria chimica. Questa molecola fondamentale per l’industria è prodotta maggiormente dal gas naturale in un processo moto diffuso in tutto il mondo chiamato "steam cracking". Il vapore acqueo reagisce con il metano per produrre idrogeno e CO2. L'85% dell'idrogeno mondiale è prodotto da questa reazione.
CH4 + 2H2O ➔ 4 H2 + CO2
Il restante 15% è prodotto con lo stesso procedimento partendo dal carbone, oppure è un sottoprodotto della produzione di cloro e soda dall'elettrolisi del cloruro di sodio (NaCl).

Questa molecola è estremamente importante nell'industria petrolchimica e chimica correlata. Viene utilizzata per rimuovere lo zolfo dal petrolio greggio con lo scopo di produrre carburanti senza zolfo per il sistema di trasporto. Ma il suo utilizzo principale è per la produzione di ammoniaca, materia prima nella produzione di fertilizzanti. Con una popolazione mondiale in crescita, la domanda di idrogeno per la produzione di fertilizzanti agricoli crescerà proporzionalmente alle esigenze alimentari. Secondo l'Agenzia internazionale dell'energia, le economie dell'UE attualmente utilizzano fino a dieci volte più fertilizzanti delle economie in via di sviluppo su base pro capite. Ciò sottolinea l'enorme potenziale di crescita della domanda di idrogeno in tutto il mondo. Questa molecola di base, già molto apprezzata, diventerà sempre più ricercata. Il mercato globale del gas naturale - il gas è la vera sorpresa nella geopolitica dell'energia - è sempre più competitivo e fluido, il che si tradurrà in una riduzione del suo prezzo sui mercati internazionali. Dobbiamo quindi prevedere una diminuzione del prezzo di produzione dell'idrogeno, da un lato, per il fatto che il prodotto di partenza sarà più economico e d’altra parte perché il mercato dell’idrogeno è in espansione.

Qualunque sia la politica dell'UE, l'idrogeno sarà prodotto in tutto il mondo dalla tecnologia più economica, cioè con il gas naturale abbondante ed economico. Poiché un prodotto può avere un solo prezzo in un mercato aperto, l'idrogeno "rinnovabile" dovrà essere sovvenzionato fintanto che il gas naturale sarà disponibile, ovvero per almeno un secolo. Purtroppo, alcune industrie dell'UE trarranno vantaggio economico della strategia dell'idrogeno – grazie alla manipolazione del mercato da parte della politica - come altri fecero con i biocarburanti. Beneficeranno di prezzi garantiti e di un'immagine verde, ovviamente, a spese dei contribuenti / consumatori ma totalmente inutile a livello mondiale. Non sorprende quindi che il 10 marzo di quest'anno sia stata creata un’alleanza dell’industria dell’idrogeno con la Commissione Europea così come fecero le altre industrie per promuovere batterie e biocarburanti.

Inoltre, l'idrogeno è essenziale per la petrolchimica, ma non lo è per un uso energetico visto che deve essere generato dall'energia. Quindi - a meno che non si voglia creare un vasto mercato di contrabbando - l'idrogeno sarà utilizzato in chimica e non come combustibile perché - ovviamente - ha un valore molto più alto come materia prima chimica che come combustibile. Bruciare idrogeno per generare energia quando l'idrogeno è stato prodotto dall'energia è come tenersi al caldo bruciando borse Gucci. Inevitabilmente, comunque sarà prodotto, l’idrogeno finirà in chimica e non in un veicolo a motore o in una centrale elettrica.

Che la ricca UE lo pensi  non ci sorprende, ma che l'Agenzia internazionale per le energie rinnovabili (IRENA) affermi che questa è "un'opportunità strategica per rendere verde la ripresa globale" è inaccettabile per un'istituzione internazionale quando sa perfettamente che soltanto il 50 % degli africani sono collegati alla rete elettrica. L'urgenza dovrebbe essere quella di elettrificare l'Africa e non produrre idrogeno da elettricità  in Africa per l’UE come propone - in modo non dignitoso e insopportabile - la Commissione.

Il gigante russo Gazprom sta indagando la pirolisi termica del metano. Hanno annunciato - con molti condizionali e pochissima letteratura scientifica - che possono produrre idrogeno e carbonio grazie all'uso del plasma. Se il processo non produce CO2, produrrà nerofumo che difficilmente troverà un mercato se la produzione di idrogeno si svilupperà. Ma resta fermo il fatto  che abbiamo affermato all'inizio: l’accumulo di processi inefficienti porta a un processo inefficiente totale. L'obiettivo dichiarato di Gazprom è ridurre le emissioni di CO₂ del gas che vende alla Germania iniettando idrogeno nel gasdotto. In questo modo diminuiranno il potere calorifico del gas venduto perché il potere calorifico (a volume uguale) del metano è superiore a quello dell'idrogeno e tutto questo per una limitata riduzione delle emissioni di CO₂ perché sono molte le ragioni per cui soltanto una limitata quantità di idrogeno è ammissibile nelle condotta. In ogni caso, questo non accadrà perché significherebbe aggiungere un prodotto ad alto valore aggiunto (prodotto da metano!) a metano buon mercato. Sarebbe come aggiungere Brunello di Montalcino al bottiglione di vino buon mercato, il che è piuttosto surreale.

Conclusioni

Spesso nella vita, quando si fa una cosa sbagliata, se ne fa un'altra per nascondere la prima. Questo è ciò che accade con l'idrogeno. Per giustificare l’errore dell’energia eolica e solare, si è risvegliato il vecchio sogno dell’idrogeno. La testardaggine verde e l'indottrinamento in cui sono caduti i politici europei deludono.

Scienziati e ingegneri dovrebbero essere sempre aperti a nuove soluzioni e credere nel progresso tecnologico. Sull’idrogeno è ancora possibile migliorare marginalmente l'efficienza e quindi l'economia del gas reforming. Ma, oramai da tanto tempo, si sa tutto sull’idrogeno. Non c’è niente di nuovo, e  credere ingenuamente in un notevole miglioramento dell'efficienza non è segno di saggezza. Ciò che l'UE sta promettendo in questo settore non è altro che una spesa fiscale per una soluzione che nessuno al mondo adotterà.

*Samuele Furfari insegna Geopolitica dell’Energia alla Libera Università di Bruxelles
L'ultimo libro di Samuele Furfari è “L’utopia idrogeno” (in francese e prossimamente in inglese) disponibile su Amazon.