Dal biometano all'idrogeno, Biometano e idrogeno

Dal biometano all'idrogeno

Marcello Romagnoli - Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia

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Idrogeno come vettore energetico
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Conclusioni

Sommario

Piano Nazionale di Sviluppo Mobilità Italia H2IT Novembre 2019: che cosa prevede. Batteria elettrica o alimentazione a idrogeno? I limiti delle rinnovabili. Dipendenza energetica e biometano: quali definizioni. Confronto Metano-Idrogeno. Idrogeno come vettore energetico e la relativa produzione.

Riduzione dell'emissione di CO2

H2IT - Associazione Italiana Idrogeno e Celle a Combustibile pubblica il "Piano Nazionale di Sviluppo Mobilità Idrogeno Italia" che delinea le potenzialità di sviluppo dell'infrastruttura di rifornimento idrogeno sul territorio nazionale e le azioni necessarie per la sua realizzazione.
H2IT nel 2016 ha contribuito alla realizzazione del Piano Strategico per lo sviluppo dell'infrastruttura per il combustibile alternativo idrogeno. Il concetto si è evoluto tecnologicamente con lo sviluppo di nuove e più efficienti pile a combustibile a elettrolita polimerico (PEM) che usano idrogeno come carburante.

H2 rispetto al Sistema batteria
L'idea di usare l'idrogeno come carburante per veicoli non è affatto nuova; se ne parla dagli anni 50. Sono stati costruiti parecchi prototipi di veicoli stradali a idrogeno, tuttavia nessun veicolo del genere è stato messo in produzione di serie fino ad oggi. Le batterie sono pesanti e i veicoli elettrici attuali equipaggiati con batterie al piombo non possono competere con quelli a benzina. Il caricamento delle batterie al momento si misura in ore.
Perciò chi vince fra elettrico e idrogeno? In termini di rendimento e costi, le auto elettriche sono più efficienti rispetto a quelle a idrogeno. Quello che si può affermare con certezza è che con entrambi i casi si hanno rigorosamente emissioni zero.
Tra i limiti delle energie rinnovabili, la densità superficiale dell'energia solare a livello del suolo che è bassa.

Dipendenza energetica
La dipendenza energetica è un indicatore che rappresenta la necessità di ricorrere alle importazioni per soddisfare il proprio fabbisogno energetico.
L'Italia ha il grado più elevato di dipendenza energetica dall'estero tra i maggiori paesi europei: il 78,6% contro il 47,3% della Francia, il 64% della Germania e il 76,3% della Spagna. Per il gas naturale, il peso dell'import è superiore al 90% (contro una media Ue di circa il 70%). Criticità che si aggiungono ad altre distorsioni di cui il nostro Paese è ostaggio: ad esempio, i bilanci elettrici di 12 regioni italiane oggi non sono in equilibrio.

Una definizione di biometano comprende anche il combustibile prodotto tramite processi di conversione in metano dell'idrogeno ottenuto da fonti rinnovabili e della CO2 presente nel biogas destinato alla produzione di biometano o prodotta da processi biologici e fermentativi.

Confronto Metano-Idrogeno
- Stoccaggio
. Il Metano permette di concentrare una maggiore quantità di energia per unità di volume a pressioni più basse;
. L'Idrogeno ha maggiori problemi con i materiali con cui entra in contatto (es.Infragilimento acciai).
- Trasporto
. Esiste già una rete distributiva ben sviluppata (anche in grado di distribuire una miscela Metano-H2 );
. Il Metano ha una molecola più grande dell'Idrogeno con minori problemi di fuga;
. Il Metano può essere più facilmente odorizzato.
- Utilizzo
. Il Metano ha già utilizzi maturi;
. Trasporto;
. Riscaldamento;
. Industria;
. Co-generazione.

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Video dal biometano all'idrogeno

Idrogeno come vettore energetico

- L'idrogeno è l'elemento più leggero dell'universo, ha il numero atomico 1 e il simbolo H;
- L'idrogeno è l'elemento più abbondante dell'universo osservabile. Sulla Terra è sempre legato ad altri elementi;
- È presente nell'acqua (11,19%) e in tutti i composti organici e gli organismi viventi;
- In condizioni normali è un gas incolore, inodore molto leggero (densità a 273,15K -1atm = 0,0899 kg/m3 14,39 volte meno denso dell'aria);
- Non è una fonte di energia ma un vettore di energia;
- È altamente infiammabile nell'intervallo 4-75% ed esplosivo nel range 15-59%.
Le tecniche di produzione e utilizzo dell'H2 hanno un grado di maturità che lo rendono commercializzabile. La produzione annuale è di H2 = 70 milioni di tonnellate (2019) 1. Gli spazi di ricerca e miglioramento sono però ancora notevoli.

In Italia, lo scenario di sviluppo dell'idrogeno prevede una sua penetrazione al 23% al 2050. Il settore che più beneficerà sarà il settore dei trasporti (39%). Il settore residenziale (32%). La miscela dell'idrogeno con il gas è una soluzione di immediata applicazione. Riduzione delle emissioni di 97,5 milioni di tonnellate di CO2eq, corrispondente ad una riduzione di circa il 28% rispetto al 2018.
Italia come hub europeo dell'H2. Sfruttando l'infrastruttura esistente, l'Italia potrebbe importare H2 prodotto in Nord Africa ad un costo del 10-15% inferiore rispetto alla produzione domestica. La rete del gas italiana molto estesa può fungere anche parzialmente da stoccaggio.

Produzione di H2
- Idrogeno nero, da combustibili fossili, senza cattura delle emissioni di CO2 dal processo;
- Idrogeno grigio, prodotto dal sequestro parziale delle emissioni di CO2;
- Idrogeno blu, ottenuto da fonti energetiche non rinnovabili, in cui tuttavia il CO2 totale prodotto è catturato a valle, o ottenuto per elettrolisi dell'acqua da elettricità ottenuta da energia nucleare (detto anche Idrogeno rosa);
- Idrogeno verde, prodotto interamente da energie rinnovabili senza emissioni di CO2.

Conclusioni

Colli di bottiglia
- Barriere giuridiche
o Applicazione direttiva DAFI mediante i decreti legislativi;
- Mancanza delle infrastrutture;
- Mancanza di conoscenza circa la reale pericolosità dell'idrogeno;
- Mancanza di conoscenza dei reali vantaggi offerti dalla tecnologia;
- Mancanza di incentivi;
o Estensione delle misure esistenti e future in ambito "mobilità elettrica" per i veicoli elettrici a batterie, ai veicoli elettrici a celle a combustibile alimentate a idrogeno;
o Agevolazioni correlate alla tecnologia la quale dimostra un minore impatto in termini di bilancio complessivo considerando il ciclo di vita (LCA);
o Esenzione da tutte le tasse (CO2, IVA, tassa sul peso);
o Disponibilità di posti riservati nei parcheggi;
o Uso delle corsie preferenziali riservate ai mezzi pubblici.
- Agevolare le imprese nel ricambio delle flotte aziendali;
- Garantire i fondi necessari allo sviluppo degli IPCEI.