Gli Stati Uniti hanno lanciato un "colpo di idrogeno" (per così dire) noto come "111"; un dollaro per un chilo in un decennio.

Il Regno Unito intende essere il "Qatar dell'idrogeno". Il Giappone vuole essere una "società dell'idrogeno".

La Cina, con 53 progetti in corso, è un "potenziale gigante dell'idrogeno" in un mondo in cui più di 350 progetti di idrogeno stanno procedendo spediti, mentre 500 miliardi di dollari vengono investiti entro il 2030.

Il governo australiano sta investendo 1,2 miliardi di dollari australiani per realizzare una strategia nazionale sull'idrogeno, annunciando 275 milioni di dollari australiani nel suo ultimo bilancio per creare quattro "hub dell'idrogeno" per generare economie di scala per i produttori. Il Nuovo Galles del Sud, sempre in Australia, ha in ballo 3 miliardi di dollari di incentivi per incoraggiare 80 miliardi di dollari di investimenti per rendere lo stato una "superpotenza energetica ed economica".

Promesse simili sgorgano da Canada, UE, Francia, Germania, Paesi Bassi e Corea del Sud per un totale di almeno 50 in tutto il mondo, mentre il Queensland potrebbe presto essere il sito del più grande impianto di idrogeno "verde" del mondo.

Fortescue Future Industries dice che spenderà A$114 milioni inizialmente, e forse più di A$1 miliardo nel tempo, per costruire il più grande impianto di elettrolizzatori del mondo che, attraverso il processo noto come elettrolisi, raddoppierebbe la capacità di produzione di idrogeno verde del mondo. "L'idrogeno verde può salvarci", proclama Fortescue.

L'idrogeno verde è certamente centrale nella spinta verso emissioni nette zero perché gli elettrolizzatori che scindono l'acqua nei suoi due elementi di idrogeno e ossigeno producono energia senza emissioni; l'unico sottoprodotto è il vapore acqueo quando viene usato come combustibile.

Oltre ad essere un combustibile pulito che brucia ad alte temperature, l'idrogeno verde è un vettore energetico e un input ('feedstock') per i combustibili sintetici.

L'elemento combustibile è leggero e denso di energia in peso (2,6 volte più energia del gas naturale per chilo). Può essere immagazzinato e trasportato.

Abbiamo già evidenziato queste caratteristiche, condendole anche di aspetti economici e finanziari, nei nostri precedenti articoli sull'idrogeno che, per inciso, trovate qui, qui e qui.

I molti tipi di idrogeno

L'idrogeno potrebbe essere l'elemento più abbondante nel sistema solare, ma si trova in natura solo come composto. Questo può essere in forma gassosa, liquida o solida.

L'elemento deve essere estratto, cioè fabbricato. L'idrogeno 'verde', 'rinnovabile' o 'pulito' significa che l'elemento è stato estratto dai composti usando energia rinnovabile. Il 'verde' distingue queste molecole pulite dall'idrogeno 'blu' pulito e dall'idrogeno 'marrone' sporco.

L'idrogeno "rosa" è l'idrogeno fatto dal nucleare, "turchese" se è fatto usando l'elettricità per riscaldare il metano, mentre l'idrogeno blu e grigio sono fatti dal metano attraverso la combustione di combustibili fossili.

L'idrogeno marrone è derivato quando i combustibili fossili inquinanti di CO2 reagiscono con il vapore durante un processo di estrazione più semplice ed economico chiamato steam methane reformation. (Si chiama idrogeno 'grigio' quando viene usato il gas naturale, di solito il metano. L'idrogeno sporco è spesso chiamato idrogeno 'nero' quando è derivato dal carbone.)

Quasi tutto l'idrogeno prodotto oggi è idrogeno sporco, che ha trovato un uso di nicchia per decenni nella raffinazione del petrolio e per produrre ammoniaca per esplosivi e fertilizzanti.

L'idrogeno blu è l'idrogeno ottenuto usando combustibili fossili, tipicamente il gas naturale, dove il carbonio prodotto viene catturato e immagazzinato per renderlo una fonte energetica a basse emissioni.

La situazione attuale e futura

Secondo l'organismo mondiale dell'industria, l'Hydrogen Council, la capacità di produzione di idrogeno pulito annunciata aumenterà la produzione di idrogeno pulito a 11 milioni di tonnellate entro il 2030.

Se raggiunto, questo sarebbe un aumento del 450% rispetto ai livelli del 2019 e si confronta con la produzione di idrogeno (quasi tutto sporco) di oggi, di circa 70 milioni di tonnellate.

Circa il 70% della produzione segnalata entro il 2030 sarebbe idrogeno verde, mentre l'altro 30% sarebbe blu. Mentre la maggior parte dell'idrogeno prodotto oggi viene utilizzato vicino a dove viene prodotto, entro il 2030 si prevede che circa il 30% dell'idrogeno prodotto sarà trasportato via navi o gasdotti.

Come i combustibili fossili, l'idrogeno (se combinato con una cella a combustibile, il processo inverso dell'elettrolisi) può essere bruciato per uso industriale e domestico e in applicazioni fisse e mobili, anche come celle a idrogeno per auto elettriche, ed è particolarmente adatto, dicono i sostenitori, per i trasporti più pesanti come aerei, razzi, navi e camion.

L'idrogeno, usato per la prima volta 200 anni fa per alimentare i primi motori a combustione interna (e notoriamente per alimentare il dirigibile Hindenburg che prese fuoco nel 1937, come mostrato sulla copertina del primo album dei Led Zeppelin) è pronto ad aiutare il mondo a combattere il cambiamento climatico per due ragioni principali.

I vantaggi nell'utilizzare l'idrogeno per combattere il cambiamento climatico

Una è che l'idrogeno pulito aiuta a superare il più grande svantaggio delle energie rinnovabili. L'energia solare ed eolica sono inaffidabili perché si basano su fonti di energia intermittenti. L'idrogeno può rendere le reti rinnovabili affidabili perché è facilmente immagazzinato come fonte di energia e distribuito quando necessario.

L'altro vantaggio dell'idrogeno è che può sostituire i combustibili fossili usati nella produzione dove i forni devono raggiungere i 1.500 gradi Celsius.

Il fatto che l'idrogeno possa sostituire i combustibili fossili, accusati del 20% delle emissioni globali di anidride carbonica, significa che l'elemento è l'"anello mancante" nella decarbonizzazione delle aree "difficili da abbattere" della produzione, dove l'elettricità non è adatta a generare il calore necessario.

Tali industrie includono l'agricoltura, l'aviazione, la produzione chimica e la siderurgia.

Un altro vantaggio dell'idrogeno è strategico. Un rapporto del 2020 del Belfer Center dell'Università di Harvard ha giudicato che i paesi meglio posizionati per dominare l'idrogeno rinnovabile saranno quelli con l'infrastruttura sul posto e un sacco di acqua dolce accessibile - nove litri di acqua sono necessari per produrre un chilo di idrogeno rinnovabile.

Si dà il caso che democrazie liberali come l'Australia, la Norvegia e gli Stati Uniti siano favorevoli all'idrogeno.

Questo significa che le potenze occidentali saranno meno dipendenti da stati autoritari come la Russia e l'Arabia Saudita, che sono i maggiori esportatori di combustibili fossili al mondo. "Il rimescolamento del potere potrebbe aumentare significativamente la stabilità dei mercati energetici globali", dice il rapporto. 

Cosa c'è che non va nell'idrogeno?

Il grande svantaggio dell'elemento è che è più costoso delle alternative sporche perché è costoso da produrre.

Come regola generale, l'idrogeno rinnovabile è da due a tre volte più costoso da produrre dell'idrogeno basato sui combustibili fossili.

Nel contesto dell'UE, l'idrogeno verde costa da 2,5 a 5,5 euro al chilo contro 1,5 euro al chilo per l'idrogeno marronem e 2 euro al chilo per quello blu. Nel contesto australiano, che come abbiamo visto è una nazione che vuole essere molto protagonista in questo campo, il costo dell'idrogeno verde deve precipitare da una stima di 8,75 dollari australiani al chilo ora a meno di 2 dollari australiani al chilo per essere economico come i combustibili fossili.

Affinché gli Stati Uniti raggiungano il loro 111 dettagliato prima, il costo dell'idrogeno pulito deve crollare dell'80% da 5 dollari al chilo.

Ridurre il costo è la sfida che definisce l'idrogeno verde - il fatto che il costo del solare fotovoltaico sia crollato dell'82% dal 2010 al 2019 fornisce un grande incoraggiamento.

Anche l'industria dell'idrogeno trionferà se, primo, gli elettrolizzatori diventeranno più economici grazie ai progressi tecnologici e alle economie di scala; secondo, se l'energia rinnovabile diventerà più accessibile e, terzo, se i produttori di idrogeno potranno realizzare economie di scala.

I governi, da parte loro, devono offrire sussidi che incoraggino la domanda e l'offerta.

Un'altra opzione è che potrebbero rendere le energie pulite più competitive nel prezzo legiferando una tassa sul carbonio.

Mentre la politica intrattabile del cambiamento climatico impedisce l'attuazione di adeguate tasse sul carbonio, i governi stanno fornendo il catalizzatore per generare le economie di scala necessarie.

Il Bloomberg New Energy Forum prevede che il costo dell'idrogeno verde potrebbe scendere a 2 dollari al chilo entro il 2030, e a 1 dollaro al chilo entro il 2050, quando questo elemento potrebbe fornire fino al 24% del fabbisogno energetico mondiale. La divisione tra verde e blu dipenderà dalla riduzione del costo del verde.

Per essere onesti, l'elettrolisi eseguita per creare idrogeno verde va di pari passo con la sfida ambientale che rimuove le riserve d'acqua da dove l'idrogeno viene prodotto.

I dubbi che circondano la cattura e lo stoccaggio del carbonio minano le credenziali ambientali dell'idrogeno blu.

Alcuni lo liquidano come uno stratagemma di marketing delle compagnie del gas naturale come il "carbone pulito" - un recente studio della Cornell e di Stanford dice che l'idrogeno blu è "difficile da giustificare su basi climatiche".

L'idrogeno, essendo il gas più leggero dell'universo, non è denso in volume. Questo significa che deve essere pressurizzato per essere trasportato nelle tubature, o liquefatto per la spedizione, il che aumenta i costi.

L'idrogeno è volatile e può esplodere. I petro-stati e la Cina potrebbero dimostrarsi abbastanza influenti nell'idrogeno, e quindi negare i benefici strategici dell'elemento per l'Occidente.

È probabile che le batterie mantengano il loro vantaggio di costo rispetto alle celle a combustibile a idrogeno per alimentare le auto elettriche.

Soluzioni diverse dall'idrogeno (come un migliore stoccaggio delle batterie, reti interconnesse e tecnologia smart-grid) potrebbero superare l'handicap intermittente dell'energia rinnovabile.

Attenzione anche al fatto chem due decenni fa, l'idrogeno è stato propagandato come una soluzione energetica. George W. Bush, nel discorso sullo Stato dell'Unione del 2003, per esempio, mise da parte 1,2 miliardi di dollari affinché la prima auto guidata da un bambino nato quell'anno fosse alimentata a idrogeno. 18 anni dopo, l'industria dell'idrogeno verde esiste ancora a malapena.

Ottimismo, nonostante tutto

Ma questo è motivo di ottimismo. La spinta a ricavare le economie di scala necessarie per abbassare il prezzo dell'idrogeno è appena iniziata.

Eppure i costi degli elettrolizzatori sono già scesi di circa il 60% negli ultimi 10 anni, e le prossime economie di scala dovrebbero portare a un ulteriore dimezzamento entro il 2030, secondo la Sustainable Markets Initiative, sostenuta dal settore finanziario, che si aspetta che l'idrogeno verde sia competitivo nei prezzi rispetto all'idrogeno basato sui combustibili fossili entro il 2030.

Se è così, i paesi che pubblicizzano l'elemento probabilmente realizzeranno le loro speranze per un idrogeno che oggi si configura come un percorso tecnologico chiave per zero emissioni nette.

Carenza politica

Il presidente Joe Biden, per sottolineare la priorità che ha posto sul cambiamento climatico, ha annunciato che gli Stati Uniti si sarebbero uniti all'accordo di Parigi il suo primo giorno in carica.

Una settimana dopo, il 27 gennaio, Biden ha intrapreso azioni esecutive "aggressive" per "affrontare la crisi climatica", che includevano una richiesta che le considerazioni sul clima fossero un "elemento essenziale" della politica estera statunitense.

In aprile, Biden ha impegnato gli Stati Uniti a ridurre le emissioni del 50% entro il 2030 dai livelli del 2005 perché il cambiamento climatico rappresentava una "minaccia esistenziale".

Eppure, ad agosto, la Casa Bianca ha chiesto all'Opec di aumentare la produzione di petrolio perché gli alti prezzi della benzina "rischiano di danneggiare la ripresa globale in corso".

Mentre era in viaggio dall'Italia alla conferenza delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici dei leader mondiali nel Regno Unito a ottobre, Biden ha ammesso che la situazione "sembra troppo rionica per essere vera".

Più che ironiche, le azioni di Biden sono incompatibili. Ma questo è comprensibile, specialmente per un presidente i cui passi sul cambiamento climatico sono stati ostacolati da un Congresso sotto il controllo del suo partito.

La resistenza politica contro l'affrontare l'azione sul clima si è dimostrata intrattabile per decenni per tre ampie ragioni.

Resistenza politica

Il problema politico centrale è che i passi per abbassare le emissioni impongono costi immediati, e ci sono limiti a ciò che la gente sopporterà.

Gli economisti (tra gli altri) sostengono che il modo migliore per ridurre le emissioni di carbonio è quello di tassare il carbonio.

Il FMI dice che le tasse sul carbonio devono aumentare dalla sua stima di 3 dollari a tonnellata ora a 75 dollari a tonnellata entro il 2030 per ridurre le emissioni come previsto.

Ma le tasse sono impopolari, soprattutto tra la classe operaia, come hanno dimostrato le proteste dei "gilets jaunes" per l'aumento dei prezzi del petrolio e del carburante in Francia dal 2018 al 2020.

Le tasse sul carbonio sono regressive, perché i più poveri spendono una parte maggiore del loro reddito per l'energia.

Le tasse costano posti di lavoro in industrie mirate. Fanno male ai paesi e alle comunità che dipendono da queste energie. Promuovono un aumento generale dei prezzi che ha effetti a catena sui tassi d'interesse.

Un indicatore della Banca Mondiale evidenzia il fallimento del mondo nell'imporre tasse sul carbonio. L'indicatore mostra che le tasse sul carbonio installate o in arrivo coprono solo il 21,5% delle emissioni globali.

Queste tasse sono generalmente troppo basse per fare comunque molta differenza. Alcuni dicono che il prezzo effettivo delle emissioni di carbonio in tutto il mondo è essenzialmente zero.

Dato che ci sono pochi segni che questo cambierà, i politici devono ricorrere ad azioni di regolamentazione, sussidi e possibilmente tariffe sul carbonio sulle importazioni per cambiare i comportamenti - e anche questi hanno un contraccolpo politico.

La seconda sfida è il problema del "free rider". Se la maggior parte dei paesi agisce per ridurre le emissioni, c'è meno incentivo per i riluttanti a farlo. (L'altro modo di vedere questa difficoltà è lo svantaggio del first-mover, cioè di chi agisce per primo.)

Il terzo problema è quello della sequenza con cui muoversi. I paesi emergenti protestano se si chiede loro di rinunciare alla prosperità per mitigare il danno causato quando i paesi avanzati si sono arricchiti grazie ai combustibili fossili a basso costo.

I leader emergenti hanno sabotato la conferenza ONU sul clima a Copenhagen nel 2009 per questo motivo, ed un accordo realmente rivoluzionario alla recentissima COP26 di Glasgow non è stato raggiunto proprio perché l'India si è trincerata dietro queste motivazioni.

I sette indicatori per il futuro successo dell'idrogeno

Questa politica spinosa spiega perché i politici investono così tante speranze nella tecnologia. Questo è il contesto in cui vedere la promessa dell'idrogeno.

Bloomberg New Energy Group dice che sette indicatori determineranno l'emergere o meno di un'economia dell'idrogeno.

Il primo è che i paesi legiferino obiettivi climatici netti zero per costringere le industrie difficili da abbattere a decarbonizzare.

Il secondo è che gli standard che regolano l'uso dell'idrogeno siano armonizzati e le barriere normative rimosse, per ridurre gli ostacoli ai progetti sull'idrogeno.

Terzo, sono necessari obiettivi con meccanismi di investimento per fornire un motivo di investimento.

Quarto, devono essere fissati standard severi per le emissioni del trasporto pesante per promuovere il passaggio all'idrogeno come carburante.

Quinto, bisogna formare mandati e mercati per prodotti a basse emissioni.

Sesto, si stabiliscono politiche e incentivi per la decarbonizzazione industriale.

Infine, settimo, le attrezzature pronte per l'idrogeno diventano comuni, il che permette e riduce il costo del passaggio all'idrogeno.

Lo scenario futuro

Soddisfare il 24% della domanda di energia con l'idrogeno in uno scenario di 1,5 gradi Celsius richiederà enormi quantità di generazione di elettricità rinnovabile aggiuntiva.

In questo scenario, circa 31.320 terawatt di elettricità sarebbero necessari per alimentare gli elettrolizzatori - più di quanto viene prodotto oggi nel mondo da tutte le fonti, dice il gruppo.

Aggiungete a questo le esigenze previste del settore energetico - dove le rinnovabili sono anche suscettibili di espandersi massicciamente se si vogliono raggiungere gli obiettivi di emissioni profonde - e la generazione totale di energia rinnovabile, escluso l'idroelettrico, dovrebbe superare i 60.000 terawatt rispetto a meno di 3.000 terawatt nel 2020.

Anche in mezzo a queste sfide di produzione, la più grande barriera dell'idrogeno è comunque il prezzo.

Alcuni dei più grandi sostenitori dell'idrogeno ammettono di avere dubbi sul superamento dello svantaggio di costo dell'idrogeno. L'ex capo scienziato australiano Alan Finkel, che prevede che l'Australia sarà il più grande esportatore di idrogeno del mondo, dice che "in pratica i costi futuri dell'idrogeno verde e blu rimangono sconosciuti".

Ottimismo, comunque e sempre

Ci sono, tuttavia, molti ottimisti. Uno studio di INET Oxford pubblicato a settembre ha scoperto che la maggior parte dei modelli di economia energetica sottovalutano i tassi di diffusione delle tecnologie di energia rinnovabile e sovrastimano i loro costi.

Lo studio suggerisce che se le batterie, il solare, l'eolico e gli elettrolizzatori a idrogeno risponderanno alla recente crescita esponenziale per un altro decennio, il mondo raggiungerà un "sistema energetico a emissioni quasi nulle entro 25 anni".

Marco Alverà, l'amministratore delegato del gigante italiano delle infrastrutture energetiche Snam e l'autore di The Hydrogen Revolution, è un altro ottimista.

L'idrogeno verde al prezzo di 5 dollari al chilo o 125 dollari al megawatt-ora si confronta con circa 40 dollari al megawatt-ora per il petrolio e circa 60 dollari al megawatt-ora per il gas naturale in Europa, osserva.

"Cosa è necessario per portarci dagli attuali 5 dollari al chilo a 2 dollari o addirittura 1 dollaro? La risposta è che dobbiamo produrne di più", dice Alverà. "Le potenziali economie di scala sono sbalorditive: solo 25 gigawatt di capacità di produzione di elettrolizzatori - a livello globale - potrebbero portare il costo dell'idrogeno a 2 dollari al chilo se combinato con energia rinnovabile a basso costo."

Un altro motivo di ottimismo è che l'energia nucleare, una fonte affidabile di energia senza emissioni, è adatta ad alimentare il processo di elettrolisi che produce idrogeno verde.

L'industria nucleare nel Regno Unito ritiene di poter produrre il 33% del fabbisogno di idrogeno pulito del paese entro il 2050. Le compagnie petrolifere e del gas che si allontanano dai combustibili fossili sono un altro possibile motore dell'economia dell'idrogeno.

La strategia 111 degli Stati Uniti avrà senza dubbio successo se viene letta come un dollaro un chilo un giorno. E c'è una buona probabilità che il giorno in cui tali progressi tecnologici supereranno i fallimenti politici per mitigare il cambiamento climatico verrà abbastanza presto.