Le perdite di idrogeno minacciano la decarbonizzazione dell’industria chimica, ma questo non è un motivo per abbandonare gli sforzi per passare dai combustibili fossili all’idrogeno.
L’industria chimica ha bisogno di H2 per ridurre la sua dipendenza dai combustibili fossili, una mossa importante per due motivi:
- Rimanere economicamente sostenibile nel lungo periodo.
- Avvicinarsi all’obiettivo della neutralità del carbonio.
I molti pro (e pochi contro) dell’uso dell’idrogeno
Tra tutti i combustibili alternativi, l’idrogeno è quello meglio posizionato per prendere il posto degli idrocarburi sia come fonte di energia che come materia prima nella produzione di prodotti chimici. Quando l’idrogeno è il combustibile, l’unico sottoprodotto è l’acqua (dopo tutto, idrogeno significa “formatore d’acqua”), a differenza dell’anidride carbonica e degli altri gas a effetto serra emessi dalla combustione di petrolio o gas. L’H2 verde è una soluzione ancora più ecologica, poiché viene prodotto tramite elettrolisi utilizzando fonti di energia rinnovabili come il vento, la luce del sole e le maree. Per questi motivi, un numero crescente di esperti di produzione chimica vede nell’H2 un faro di speranza per la decarbonizzazione di un’industria che molti pensavano fosse per sempre dipendente dal petrolio.
Anche i governi di tutto il mondo stanno prendendo atto di questo potenziale. A partire dal giugno 2022, Stati Uniti, Germania e altre potenze economiche hanno pubblicato più di 30 strategie per rafforzare le iniziative relative alla produzione, all’uso e alla distribuzione dell’idrogeno. Questi sviluppi globali indicano una chiara tendenza: l’importanza e, quindi, il consumo di idrogeno aumenteranno in modo significativo nel prossimo futuro. Gli analisti energetici di PwC, ad esempio, prevedono che il volume aumenterà di sette volte entro il 2050.
Tuttavia, l’idrogeno non è privo di rischi per il clima. Sebbene l’H2 non sia di per sé un gas a effetto serra, prolunga la vita del metano atmosferico, che è un gas serra, reagendo con i radicali idrossilici (OH) che distruggono le molecole organiche. Un minor numero di radicali idrossilici significa che il metano rimane più a lungo nell’atmosfera. L’idrogeno aumenta anche la concentrazione di vapore acqueo, che immagazzina energia e provoca un ulteriore riscaldamento del pianeta. Pertanto, le fugitive emission di idrogeno cancelleranno o addirittura annulleranno qualsiasi progresso verso la neutralità del carbonio.
Per prevenire le fugitive emission di H2, è essenziale disporre di un’infrastruttura completa e basata sulle esigenze dell’intera catena del valore dell’idrogeno, nonché di controlli rigorosi e continui nelle aree della produzione chimica, dello stoccaggio e del trasporto. La tecnologia di misurazione può fare un’enorme differenza nel ridurre al minimo le perdite di H2 e aiutare il settore a muoversi verso una maggiore sostenibilità, sia dal punto di vista ambientale che economico.
Net Zero nell’industria chimica: obiettivi e ostacoli
Come sottolineato dai responsabili politici e industriali a livello mondiale, lo scopo di un maggiore utilizzo dell’idrogeno è chiaro: zero netto. L’obiettivo finale è la completa neutralità climatica in tutti i settori e in tutte le attività. In qualità di prima economia mondiale e secondo produttore di emissioni (dopo la Cina), gli Stati Uniti hanno annunciato l’obiettivo di dimezzare le emissioni di gas serra del Paese entro il 2030 e di raggiungere lo zero netto entro il 2050. Il settore privato statunitense svolge un ruolo importante in questa mossa coraggiosa e si è impegnato a raggiungere questi obiettivi entro o addirittura prima del 2030 e del 2050.
Anche il Parlamento Europeo il 14 marzo 2023 ha votato per alzare l’asticella per la riduzione dei gas a effetto serra entro il 2030 dal 30% al 40% rispetto ai livelli del 2005. Entro il 2030 l’Italia dovrà quindi ridurre le emissioni di gas serra provenienti da agricoltura, trasporti, edilizia, rifiuti e piccola industria del 43,7% rispetto ai livelli del 2005.
Affinché questo piano abbia successo, il settore chimico dovrà dare un contributo significativo. Dopo tutto, la produzione di sostanze chimiche è una delle principali fonti di emissioni industriali e anche la produzione del tanto necessario idrogeno ha generato circa 900 megatoni di CO2 a livello mondiale nel 2020. Tre realtà ostacolano la decarbonizzazione dell’industria chimica:
- L’attuale dipendenza da materie prime a base di petrolio
- Il bilancio negativo di CO2 dei singoli prodotti
- L’elevato fabbisogno energetico di molti processi chimici
Non si tratta però di ostacoli insormontabili. Infatti, l’industria sta facendo progressi costanti per superarli. Ad esempio, è possibile passare alle energie rinnovabili per i processi principali nella produzione di ammoniaca e metanolo. Ciò include l’uso di idrogeno verde come sostituto del reforming a vapore del metano.
In teoria, l’industria può risolvere i problemi che ostacolano la strada verso la neutralità climatica. In pratica, l’implementazione di queste soluzioni richiede risolutezza e non pochi dollari. Un rapporto di Accenture stima che il settore chimico globale dovrà aumentare gli investimenti di oltre 12 miliardi di dollari all’anno nei prossimi tre decenni. Il lato positivo è un’impronta di carbonio sempre più ridotta e maggiori opportunità di crescita.
In breve, la decarbonizzazione di questo settore è cruciale e impegnativa, ma fattibile. L’impegno richiederà notevoli investimenti pubblici e privati, mentre le parti lavoreranno insieme per costruire l’infrastruttura dell’idrogeno necessaria per muoversi verso un futuro a zero emissioni.
Requisiti per l’infrastruttura dell’idrogeno: oggi e in futuro
Gli analisti energetici prevedono che il consumo di idrogeno aumenterà di sette volte nel lungo periodo, ma l’attuale infrastruttura dell’idrogeno non è in grado di soddisfare questa domanda. Per garantire all’industria chimica un idrogeno affidabile, sicuro e rispettoso del clima in futuro, è il momento di creare ed espandere l’infrastruttura necessaria.
Azione governativa, locale e globale
Negli Stati Uniti c’è già un movimento su questo fronte. L’Infrastructure Investment and Jobs Act (IIJA), firmato nel novembre 2021, prevede 8 miliardi di dollari per il Dipartimento dell’Energia (DOE) per la creazione di hub per l’idrogeno pulito (H2Hub) in tutto il Paese. Le domande per 7 miliardi di dollari di questi finanziamenti sono state aperte nel settembre 2022. La National Clean Hydrogen Strategy and Roadmap del DOE delinea tre strategie per l’utilizzo dell’idrogeno come strumento di decarbonizzazione:
- Individuare usi strategici e ad alto impatto per l’idrogeno pulito.
- Ridurre il costo dell’idrogeno pulito
- Concentrarsi sulle reti regionali
Questo piano, tra le altre azioni, fornisce un quadro strategico per la ricerca, lo sviluppo e la promozione del trasporto e dello stoccaggio dell’idrogeno in vari settori dell’economia. Il successivo Inflation Reduction Act dell’agosto 2022 prevede un credito d’imposta per i produttori di idrogeno pulito.
Naturalmente, gli Stati Uniti non sono gli unici a promuovere un’economia pulita dell’idrogeno. Il governo tedesco, ad esempio, sta finanziando 62 iniziative nell’ambito del programma dell’UE “Importanti progetti di interesse comune europeo” (IPCEI), che ha come obiettivo la distribuzione dell’idrogeno. Un totale di 8 miliardi di euro è stato stanziato per alcuni importanti progetti sul tema in cui le industrie siderurgiche e chimiche svolgono un ruolo importante.
Le sfide infrastrutturali per l’industria chimica
I responsabili politici hanno agito – e continueranno a farlo – per consentire la distribuzione e lo stoccaggio di H2 nei volumi che saranno necessari in futuro. È inoltre importante creare un quadro giuridico affidabile e orientato al futuro, che renda economicamente interessante l’espansione dell’infrastruttura.
Anche l’industria chimica ha un compito: costruire una rete di gasdotti dedicati all’idrogeno per il trasporto del gas. Gli attuali gasdotti per il gas naturale non sono semplicemente abbastanza resistenti per distribuire l’idrogeno. Quando l’idrogeno molecolare si scinde in quello atomico, gli ioni entrano nella struttura reticolare dei metalli (permeazione di idrogeno), rendendoli suscettibili all’infragilimento. I metalli che assorbono idrogeno sono soggetti a rotture.
Inoltre, mentre l’H2 miscelato con il CH4 può essere utilizzato come combustibile, l’industria chimica richiede idrogeno di elevata purezza se il gas deve essere utilizzato come materia prima.
In alternativa allo sviluppo di un’infrastruttura nazionale per l’H2 che richiede molte risorse, alcuni hanno proposto che gli impianti chimici in prossimità di fiumi, laghi e oceani producano idrogeno in loco utilizzando l’elettrolisi. Tuttavia, questa non è una vera soluzione al problema delle perdite, poiché uno dei vantaggi dell’idrogeno è che può essere immagazzinato molto più a lungo dell’elettricità, il che significa che anche i serbatoi e le navi sono soggetti alla fragilità dell’idrogeno. Di conseguenza, la prevenzione delle perdite è una priorità assoluta in qualsiasi progetto di H2.
Per qualsiasi informazione non esitate a contattarci.
Leggete anche i seguenti articoli del Blog:
“Manometri e idrogeno: quali sono gli strumenti adatti?”
“Mobilità a idrogeno: futuro vs presente”