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11-07-2021 / redazione watergas.it

TRANSIZIONE ENERGETICA: L’EUROPA GUARDA ALL’IDROGENO

TRANSIZIONE ENERGETICA: L’EUROPA GUARDA ALL’IDROGENO Nuovo Position Paper di REF Ricerche relativo all'idrogeno, a cura di Andrea Ballabio, Donato Berardi, Roberto Bianchini, Alessandra Motz, Samir Traini. L’uso dell’idrogeno come vettore di energia nel contesto della transizione energetica è diventato un tema di grande attualità dopo la pubblicazione della Strategia Europea per l’Idrogeno a luglio 2020. La crescita di un mercato dell’idrogeno a basse emissioni comporta importanti sfide tecnologiche, economiche e sociali. Il Position Paper propone una panoramica ragionata delle grandezze in gioco e delle principali questioni aperte sotto il profilo della regolazione e dei mercati. L’analisi è sviluppata con una prospettiva europea, ma con un occhio di riguardo alla posizione dell’Italia, il cui settore del gas naturale, molto rilevante nel mix energetico, potrebbe rivelarsi un punto di forza in presenza di adeguate politiche di indirizzo e di accompagnamento.

1.   Un’Europa all’idrogeno? La Commissione ci crede

In un contesto in cui, finalmente, il climate change è entrato nel novero delle priorità globali, la ricerca di fonti energetiche che favoriscano la Transizione verso un’era in gran parte decarbonizzata è ormai aperta. Il gas naturale è sempre stato indicato come l’unico vero candidato a sostituire il petrolio in attesa di una ampia e solida diffusione delle rinnovabili. Un’idea certamente non tramontata, ma che deve fare i conti con il crescente interesse per l’idrogeno. L’International Energy Agency (IEA), in uno studio di quest’anno, ha stimato che nello scenario di un’economia globale a zero emissioni, il peso dell’idrogeno da elettrolisi sarà intorno al 62%, mentre quello dell’idrogeno da combustibili fossili con cattura e stoccaggio del carbonio arriverà intorno al 38%. Con la dimensione complessiva della domanda mondiale di circa 6 volte quella attuale.

Che sia, per davvero, arrivato il momento dell’idrogeno? Non che in passato – periodicamente – questo elemento non abbia attirato l’attenzione di scienziati alla ricerca di un “vettore energetico” (più corretto che “combustibile”) alternativo e competitivo rispetto alle fonti fossili. Ma fino ad oggi si era rimasti nel campo dell’esperimento in laboratorio o del prototipo, a cui in genere non seguiva l’impegno di soggetti di “peso” – Stati, organismi sovranazionali o multinazionali del settore energy – verso l’elaborazione di politiche di investimento per uno sviluppo in scala. 

Ora, invece, sembra proprio che qualcosa stia cambiando. Se già diverse nazioni stanno preparando piani strategici di sviluppo, è l’Europa comunitaria a compiere un passo in avanti dando forma a una vera e propria Strategia per l’Idrogeno. Frutto del lavoro della Commissione Europea e presentato a luglio 2020 – purtroppo in un momento in cui l’attenzione dei media era rivolta all’emergenza sanitaria – il documento si inserisce nel percorso di completa decarbonizzazione dell’economia della UE entro il 2050, con l’idrogeno quale soluzione per arrivare ai traguardi prefissati.  

Benché gli obiettivi per il breve periodo non siano, in realtà, troppo dissimili dagli spunti già inseriti da alcuni Paesi membri dell’UE nei propri piani nazionali per il settore energetico, l’individuazione di una traiettoria ben precisa e ambiziosa di espansione dell’uso dell’idrogeno a basse emissioni per il medio e lungo periodo e l’inquadramento dell’idrogeno a basse emissioni come un’asse di azione prioritario all’interno dello European Green Deal e del pacchetto di ripresa Next Generation EU, hanno evocato lo scenario di un cambiamento dirompente su scala comunitaria. 

Questa prospettiva di profondo cambiamento nell’orizzonte energetico continentale ha sollevato numerosi interrogativi sia sotto il profilo dell’evoluzione delle tecnologie per la produzione, il trasporto e il consumo di questa commodity, sia sotto i profili del finanziamento delle infrastrutture, della regolazione di questo nuovo ambito, delle opportunità di mercato e delle conseguenze sui settori contigui, in particolare quello del gas naturale.  

Tuttavia, perché il mondo del prossimo futuro sia all’insegna dell’idrogeno vanno considerate e superate alcune barriere che oggi esistono e, nel contempo, devono verificarsi alcune condizioni che ne facilitino lo sfruttamento. Infatti, delineare la traiettoria di espansione dell’idrogeno a basse emissioni nel contesto della transizione energetica richiede di immaginare quasi da zero il mercato di una commodity che oggi ha un ruolo diverso e residuale. La crescita del peso dell’idrogeno nel mix energetico europeo e mondiale richiederà corposi investimenti in tecnologie ancora poco conosciute e lo sviluppo di nuove filiere produttive e catene del valore (si veda report IEA). La scelta del percorso di espansione non è neutrale e potrebbe condizionare sia il successo dell’iniziativa a livello locale o globale, sia la configurazione del settore dell’idrogeno nel medioe lungo periodo.

 

2.   Domanda, offerta, investimenti e regolazione: 4 sfide per la Strategia Europea

Il ragionamento della Commissione si basa su 4 linee principali che sono anche 4 sfide da superare se si vuole giungere all’obiettivo. Vediamole brevemente.  

La prima riguarda la possibile espansione di un’offerta che sia affidabile e competitiva. La Strategia Europea parte dall’osservazione di un crescente investimento a livello globale nelle tecnologie per la generazione e l’uso dell’idrogeno a basse emissioni (IEA 2019). La Commissione Europea interpreta questo dato e il declino dei costi degli elettrolizzatori per produrre quello “verde” come un segnale di vicinanza di un punto di svolta del settore dell’idrogeno a basse o nulle emissioni, tanto da prevedere un ulteriore dimezzamento dei costi di produzione entro il 2030 grazie alle economie di scala. Da Bruxelles sanno che se si vuole portare il peso dell’idrogeno “verde” al 13-14% del mix energetico europeo entro il 2050, non è pensabile, nel breve e medio periodo, fare a meno anche del supporto della produzione da combustibili fossili con cattura e stoccaggio del carbonio.

La road map verso un’Europa all’idrogeno vede:  

  • 2024: supporto all’installazione di almeno 6 GW di elettrolizzatori alimentati a energia rinnovabile e la produzione di almeno 1 Mt di idrogeno verde, pari allo 0,2% circa del fabbisogno lordo di energia primaria dell’Unione Europea (UE-27) nel 2019.
  • 2030: crescita della capacità di elettrolizzazione da fonti rinnovabili fino ad almeno 40 GW e un aumento della produzione di idrogeno verde a 10 Mt, pari al 2,2% circa del fabbisogno lordo di energia primaria dell’UE-27 nel 2019.
  • 2030: promozione dell’installazione di 40 GW nei paesi del Nord Africa e in Ucraina, con finalità di export verso il mercato comunitario.  
  • 2030-2050: sviluppo su larga scala dell’idrogeno verde, in particolare per supportare la domanda di energia dei settori più difficili da decarbonizzare, come i trasporti pesanti e alcune attività industriali.

 

Il secondo punto riguarda la domanda. In particolare, ci si chiede come farla crescere abbastanza dasupportare il rilevante aumento dell’offerta. La Commissione prevede che, nella futura economia decarbonizzata, l’idrogeno sia utilizzato quale input produttivo o combustibile in alcuni processi industriali, fonte di energia per i trasporti pesanti, combustibile miscelato al gas naturale nelle reti di trasporto e/o distribuzione (“blending” dell’idrogeno nelle reti del gas naturale) e come strumento di ottimizzazione della produzione di elettricità da fonte rinnovabile. 

Guardando ai primi 2 usi, la Strategia Europea prevede che in una prima fase l’idrogeno a basse emissioni possa sostituirsi all’idrogeno “grigio” attualmente usato in alcuni settori industriali (raffinazione, produzione di ammoniaca), essere miscelato al gas naturale ed usato come combustibile per la produzione di acciaio, alimentare piccole flotte di veicoli commerciali o selezionate tratte ferroviarie non ancora elettrificate, ed infine essere miscelato in piccole percentuali in alcune reti locali del gas naturale in prossimità dei punti di produzione. Nel medio e lungo periodo, la Commissione prevede invece un contributo dell’idrogeno nella produzione di acciaio a zero emissioni, nei trasporti stradali pesanti a lungo raggio e nei trasporti ferroviari non elettrificati mediante camion o treni a celle di combustibile, nella navigazione a corto raggio ed infine nei trasporti aerei e marittimi tramite la miscelazione in combustibili sintetici. 

In merito alla generazione di elettricità da fonte rinnovabile, l’idrogeno servirà a rispondere a un problema oggi posto dall’aumento di quelle FER non programmabili, quali eolico e fotovoltaico, e cioè come arrivare a un sistema affidabile capace di garantire livelli di fornitura alla rete anche nei periodi in cui la produzione è ferma o intermittente, sapendo che le tecnologie di immagazzinamento dell’energia sono ancora insufficienti. 

 

Una terza questione affrontata riguarda gli investimenti. La Commissione stima che le risorse economiche impiegate per l’incremento di produzione al 2030 dovranno aggirarsi fra i 24 e i 42 miliardi di euro per la capacità di elettrolizzazione e di 220-240 miliardi di euro per la realizzazione e connessione di 80-120 GW di capacità di generazione solare fino al 2030. Le misure di sostegno che la Commissione prevede di utilizzare sono sia il supporto diretto alla ricerca e sviluppo, sia il finanziamento di iniziative specifiche selezionate con procedure competitive, sia infine un sistema di contratti per differenze sul carbonio per ridurre il differenziale di costo rispetto all’idrogeno “grigio”.  

Per quanto riguarda le altre tecnologie di produzione di idrogeno a basse emissioni, la Commissione prevede di poter sostenere nel breve e medio periodo anche il retrofitting degli impianti di produzione di idrogeno “grigio” con infrastrutture per la cattura e stoccaggio del carbonio, incrementando così la produzione del cosiddetto idrogeno “blu”. Il finanziamento per questo genere di tecnologia potrebbe arrivare a 11 miliardi di euro; nel complesso l’investimento previsto fino al 2050 per la sola produzione dell’idrogeno a basse emissioni dovrebbe attestarsi a 180-470 miliardi di euro. 

 

Quarta e ultima questione riguarda la definizione di un framework normativo con il quale regolare un mercato in prospettiva rilevante e complesso, ma ancora tutto da costruire. Il quadro è particolarmente complicato perché la traiettoria prevista per il settore dell’idrogeno e, più in generale, la portata della transizione energetica richiedono un approccio olistico, che consideri simultaneamente le implicazioni per i settori elettrico, del gas naturale, dei trasporti e degli edifici. 

Nel segmento della produzione dell’idrogeno, la principale sfida da un punto di vista economico, e di indirizzo, riguarda l’individuazione di una definizione condivisa a livello comunitario di “idrogeno a basse emissioni”. Questa definizione dovrebbe servire come riferimento sia per le certificazioni o etichettature a beneficio dei consumatori, sia soprattutto per i produttori intenzionati a investire in specifiche tecnologie. È facile capire come mai questo punto apparentemente semplice sia stato e continui ad essere oggetto di un acceso dibattito. 

La questione sembra aver trovato una prima soluzione nella primavera 2021 con la pubblicazione delle misure di implementazione della Tassonomia europea per gli investimenti sostenibili, che hanno attribuito la qualifica di “sostenibile” all’idrogeno prodotto con emissioni nell’arco del ciclo di vita inferiori a 3 tCO2eq/tH2. Secondo alcuni stakeholder, questo limite è compatibile con l’uso per l’elettrolisi dei mix di generazione a più basse emissioni in Europa (ad esempio quello francese). Inizialmente tale limite era più stringente (2,256 tCO2eq/tH2), tuttavia a livello europeo ci si è resi conto che sarebbe risultato difficile da conseguire anche per alcuni impianti rinnovabili. Anche il valore fissato attualmente non è esente da critiche: alcuni osservatori hanno evidenziato come questa soglia sia troppo restrittiva rispetto alla possibilità di decarbonizzare tramite cattura e stoccaggio del carbonio che oggi viene generato nei processi di produzione di idrogeno da combustibili fossili. Dall’altro lato della barricata, alcune società europee attive nella generazione da fonti rinnovabili hanno segnalato come un’indicazione più stringente avrebbe potuto fornire un segnale più deciso circa la direzione da intraprendere e circa l’importanza delle fonti rinnovabili elettriche per il percorso di decarbonizzazione dell’UE. 

Un altro aspetto è connesso alla possibilità di definire come “rinnovabile” l’idrogeno prodotto tramite elettrolisi. La Direttiva (UE) 2018/2001 inserisce, infatti, tra i criteri rilevanti per i combustibili rinnovabili di origine non biologica sia l’indicazione di un risparmio minimo del 70% delle emissioni climalteranti rispetto all’omologo combustibile di origine fossile, sia il criterio dell’addizionalità, cioè la condizione che la produzione del combustibile candidato rinnovabile non debba sottrarre energia (elettrica) rinnovabile ad altri usi. Questo criterio dev’essere dunque considerato nella pianificazione degli investimenti in nuova capacità di produzione di idrogeno idealmente a basse emissioni.

È interessante segnalare che mentre nell’UE si discute di un approccio “technology neutral” ma comunque piuttosto ambizioso sotto il profilo della sostenibilità ambientale, altri Paesi impegnati nella creazione di una filiera dell’idrogeno hanno scelto una strada diversa. Tra questi, spicca il caso del Giappone, che ha delineato un percorso largamente basato sull’importazione via nave di idrogeno prodotto all’Estero da combustibili fossili solidi con cattura e stoccaggio del carbonio e ha semplicemente ipotizzato di poter risolvere in futuro i problemi legati alle emissioni climalteranti del trasporto via nave su lunghe distanze.

 

3.   Il nodo delle infrastrutture di trasporto

Esaurite queste 4 grandi questioni, ne rimangono altre, altrettanto importanti. Fra di esse vi è quella del trasporto e delle infrastrutture dedicate in grado di connettere i punti di produzione con quelli di consumo. La scelta del tipo di infrastruttura dipenderà naturalmente anche dalla collocazione dei poli di produzione e consumo e dalle tecnologie che risulteranno più convenienti per trasportare l’idrogeno, anche alla luce degli usi finali a cui questo sarà destinato. Se in una fase iniziale il mercato avrà, verosimilmente, una dimensione locale o addirittura interna a singoli cluster industriali, l’aspettativa è che nel medio e lungo periodo il mercato dell’idrogeno assuma una dimensione nazionale e poi comunitaria, aperta agli scambi con alcuni Paesi extraeuropei.

La pianificazione delle infrastrutture di trasporto e la definizione delle loro modalità di finanziamento e di utilizzo presentano numerosi profili di interesse dal punto di vista economico e regolatorio.

Un primo punto evidenziato già nella Strategia Europea per l’Idrogeno è la necessità di regolare l’accesso e l’uso delle infrastrutture in maniera pro-competitiva. Un secondo punto critico riguarda la pianificazione e il finanziamento delle infrastrutture di trasporto, anche alla luce della progressiva erosione, nel medio e lungo periodo, del peso del gas naturale nel mix energetico europeo. In questo senso si veda il parere del vicepresidente della Commissione Frans Timmermans. 

La discussione ruota in particolare intorno a 3 temi strettamente collegati: 

  • La possibilità di riutilizzare i gasdotti esistenti per il trasporto dell’idrogeno in forma miscelata o pura. 
  • Le modalità di finanziamento degli adeguamenti alle infrastrutture esistenti e della realizzazione di eventuali nuove infrastrutture.
  • La pianificazione di lungo periodo dello sviluppo delle infrastrutture.

 

A conclusione di questa rassegna dei problemi aperti, è interessante rilevare che nella primavera di quest’anno diversi gestori delle reti gas si sono già organizzati per proporre una visione per una possibile rete europea dell’idrogeno, largamente basata sul repurposing delle reti gas esistenti e con l’introduzione di alcune nuove linee di trasporto dedicate. 

Affinché la transizione sia sostenibile anche da un punto di vista economico e sociale sarà cruciale che i policy maker sviluppino un piano d’azione organico e lungimirante, prevedano misure di accompagnamento per i segmenti a valle della filiera e promuovano lo sviluppo di competenze e collaborazioni anche presso gli Enti Locali interessati. Vista la portata del cambiamento che si attende per il medio periodo, sarà inoltre molto importante monitorare le percezioni dei cittadini e delle comunità e garantire misure di informazione e trasparenza, in modo da prevenire lo sviluppo di conflitti che potrebbero rallentare o ostacolare la trasformazione del sistema energetico nel suo complesso.

L’Italia si trova in una posizione delicata rispetto al tema dell’idrogeno, essendo tra i Paesi europei con il più alto peso del gas naturale sul totale dei consumi di energia primaria. Questa caratteristica può essere un punto di forza, grazie alla possibilità di sfruttare e/o riqualificare le infrastrutture già esistenti e le connessioni con i Paesi del Nord Africa, ma anche un punto di debolezza, se le aziende della filiera gas non saranno messe nelle condizioni di intraprendere un percorso di trasformazione efficiente (si veda Position Paper n. 178)

Per approfondire

La Strategia Europea per l’Idrogeno: traiettorie di cambiamento e sfide attese, Laboratorio REF Ricerche, Position Paper n. 185, luglio 2021.

 

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