L’idrogeno verde, con la sua capacità di generare energia con emissioni ridotte o azzerate, è da sempre ritenuto una potenziale alternativa ai combustibili fossili, sebbene non abbia mai goduto di una significativa spinta.

Nonostante la sua attrattività, l’idrogeno vero è molto costoso da produrre e meno efficiente rispetto ad altre fonti di energia. Tuttavia, l’IRA, con i suoi ampi crediti d’imposta per l’idrogeno pulito, ha capovolto la situazione, riaccendendo l’entusiasmo e aprendo opportunità di investimento in questo ambito.

L’IRA è uno dei più ampi pacchetti di sussidi/incentivi verdi mai concepito, di gran lunga superiore a qualunque altro varato in precedenza, ed ha aperto il dibattito sulla possibilità che anche altre regioni rispondano in maniera analoga. Il pacchetto legislativo offre il supporto politico necessario per l’idrogeno verde, sotto forma di crediti d’imposta per l’energia pulita e altre disposizioni che incoraggiano la costruzione di infrastrutture per l’energia verde e l’impiego delle rinnovabili negli Stati Uniti. L’IRA promuove le tecnologie dell’idrogeno pulito e delle celle a combustibile, sia attraverso l’estensione e il potenziamento dei crediti d’imposta federali esistenti sia tramite l’emissione di nuovi crediti. Prevede, ad esempio, crediti d’imposta fino a 3 dollari per chilogrammo per la produzione di idrogeno verde, ossia un importo sostanziale se si considera che la produzione di un chilogrammo di idrogeno verde ha un costo compreso tra 3,4 e 4 dollari.

A nostro avviso, l’idrogeno verde potrebbe svolgere un ruolo importante nel sostituire l’idrogeno da combustibile fossile esistente, con ampie potenzialità di impiego in ambiti quali la decarbonizzazione dell’acciaio e il trasporto pesante su strada, tra le altre cose.

Incolore, inodore e insapore, l’idrogeno è l’elemento più leggero presente sulla Terra e il più abbondante nell’universo. È inoltre l’elemento più semplice, essendo costituito da un solo protone e un solo elettrone. Tuttavia, in ragione delle sue proprietà fortemente reattive, l’idrogeno non si trova in natura in forma libera, quanto piuttosto in forma composita combinato con altri elementi all’interno di gas, liquidi e solidi. Gli atomi di idrogeno ed ossigeno si combinano per formare acqua (H₂O), mentre gli atomi di idrogeno e carbonio si uniscono a formare gli idrocarburi presenti nel gas naturale, nel carbone e nel petrolio.

Affinché l’idrogeno possa essere impiegato come fonte di energia, deve essere isolato ed estratto dall’acqua o dagli idrocarburi. Ci sono diversi metodi per farlo, ciascuno dei quali ha i suoi benefici, le sue potenziali applicazioni e i suoi livelli di emissioni. L’“arcobaleno dell’idrogeno” è usato per illustrare i metodi di produzione avvalendosi dei codici colore, alcuni dei quali sono indicati di seguito:

Idrogeno da combustibili fossili

• L’idrogeno grigio, la forma più diffusa ed economica oggi in uso, è generato dal gas naturale e prodotto tramite steam reforming del metano (SMR).
• L’idrogeno marrone deriva dal carbone termico e viene prodotto tramite gassificazione; pur essendo efficiente sotto un profilo economico, emette i livelli più alti di gas serra.
• L’idrogeno blu è principalmente prodotto utilizzando il gas naturale via SMR. Tuttavia, questo approccio incorpora la cattura e lo stoccaggio del carbonio, che potrebbe ridurre le emissioni fino al 90%.

Idrogeno a emissioni ridotte/zero

• L’idrogeno verde viene creato utilizzando elettrolizzatori, che separano gli atomi di idrogeno dalle molecole d’acqua, alimentati da fonti rinnovabili come l’energia eolica e solare.
• Anche l’idrogeno rosa/rosso viene generato tramite l’elettrolisi dell'acqua, ma è alimentato dall’energia nucleare invece dell’energia rinnovabile.

Oggi l’idrogeno viene utilizzato ampiamente come materia prima in molti processi industriali chiave, in particolare nei settori chimico e della raffinazione del petrolio. Gran parte dell’idrogeno disponibile oggi viene prodotto utilizzando combustibili fossili, mentre meno dello 0,1% è tratto dalle fonti rinnovabili. Attualmente il mercato dell’idrogeno produce circa 90 milioni di tonnellate l’anno e genera 900 milioni di tonnellate di emissioni di anidride carbonica (CO₂), ossia il 3% delle emissioni globali legate all’energia.

A nostro avviso, sostituire laddove possibile l’idrogeno grigio e marrone con idrogeno ad emissioni ridotte/zero potrebbe essere un passo avanti significativo nel processo globale della decarbonizzazione.

I vantaggi

L’idrogeno è una fonte versatile di energia che può servire sia come combustibile che come soluzione di stoccaggio per l’energia elettrica, con la possibilità di generare emissioni di gas serra quasi azzerate. Acqua e ossigeno sono gli unici sotto-prodotti della combustione dell’idrogeno, il che contribuisce a generare emissioni più pulite presso il punto di utilizzo. Quando combinato in una cella a combustibile con l’ossigeno, l’idrogeno genera energia elettrica attraverso una reazione elettrochimica, con la sola emissione di acqua nel processo. Le celle a combustibile a idrogeno possono essere impiegate come fonti di energia pulita di riserva in strutture critiche come ospedali, impianti di produzione, data center e basi militari, e possono inoltre sostituire le alternative ad elevate emissioni, come il diesel. L’idrogeno ha un alto contenuto di energia per unità di massa, ovvero circa 2,6 volte quello della benzina e circa 2,3 volte quello del gas naturale. Può rilasciare molta energia senza apportare troppo peso ai prodotti che alimenta, e ne è necessario un quantitativo minore.

Le limitazioni

Una delle principali limitazioni dell’idrogeno pulito è la perdita di energia che avviene in ogni fase: dall’elettrolisi, la conversione di energia elettrica in idrogeno, allo stoccaggio, al trasporto e alla riconversione dell’idrogeno in elettricità attraverso le celle a combustibile. Nel ciclo di vita dell’idrogeno, si registra una perdita di energia del 20-30% nell’elettrolisi, del 10% nei trasporti e nello stoccaggio e del 25-35% nella riconversione da energia elettrica a idrogeno. Questo lo rende meno efficiente e più costoso rispetto ad altre fonti di energia.

Nella sua forma naturale, l’idrogeno è un gas altamente infiammabile e presenta il rischio di combustione spontanea se non maneggiato correttamente. Tuttavia, il fatto che sia più leggero dell'aria mitiga questo rischio, perché è in grado di disperdersi facilmente. Data la sua ridotta densità, l’idrogeno richiede ampio spazio di stoccaggio ed energia per la liquefazione, il che ne complica ulteriormente la movimentazione, il trasporto e la distribuzione. Inoltre, la produzione di idrogeno richiede molta acqua, pertanto, gli impianti di produzione su vasta scala potrebbero consumare ingenti quantitativi di acqua dolce nelle rispettive località.

L’adozione dell’idrogeno pulito comporta altresì numerose difficoltà legate alla necessità di nuove infrastrutture per la produzione, il trasporto e lo stoccaggio, che richiederebbero un notevole impegno in termini di tempo e denaro. Il sostanziale investimento necessario incrementerebbe il costo complessivo dell’idrogeno rispetto ai combustibili fossili di normale utilizzo.

Date le limitazioni dell’idrogeno come fonte di energia, l’elettrificazione potrebbe rappresentare l’opzione preferibile, laddove disponibile, essendo l’alternativa più efficiente sotto il profilo energetico. Tuttavia, in considerazione del focus sempre maggiore di Paesi e aziende sulla riduzione delle emissioni di carbonio, riteniamo che l’idrogeno pulito possa rappresentare una soluzione chiave a lungo termine per la decarbonizzazione di diversi settori cosiddetti basati sui combustibili fossili, e perciò più inquinanti e difficili da riconvertire.

Produzione di acciaio

L’industria dell’acciaio, che emette circa 3,6 miliardi di tonnellate di CO₂ l’anno, contribuisce approssimativamente al 7-9% delle emissioni di gas serra globali.

La fase di estrazione del ferro contribuisce per il 90% ai gas serra generati nella produzione di acciaio, mentre l’idrogeno verde potrebbe svolgere un ruolo cruciale nel sostituire il carbone in questa fase. Attraverso un processo chiamato riduzione diretta del ferro (DRI), l’idrogeno può essere infuso nel minerale ferroso per sottrarre l’ossigeno e ridurre la sostanza minerale. Con questo metodo si produce ferro direttamente ridotto in forma solida, che viene successivamente fuso in un forno elettrico ad arco per generare l’acciaio. Il processo DRI esiste da molti anni e alcuni degli acciai fabbricati oggi vengono prodotti con questo metodo. Tuttavia, è più comune che tali acciai siano fabbricati utilizzando gas naturale, in un processo che rilascia emissioni di carbonio potenzialmente evitabili passando all’idrogeno pulito.

A nostro avviso, l’idrogeno verde potrebbe rappresentare una soluzione praticabile per decarbonizzare l’industria dell’acciaio, ma la transizione comporterebbe delle difficoltà. Il passaggio all’idrogeno verde nel processo DRI richiederebbe un grande impegno di tempo e risorse perché comporterebbe la necessità di ricostruire gran parte delle infrastrutture. I forni verticali per la riduzione diretta dovrebbero sostituire gli attuali altoforni, e questi progetti, sviluppati interamente da zero nelle aree rurali, lascerebbero inevitabilmente una lunga scia di asset incagliati.

Ad oggi, gran parte delle aziende che incorporano attivamente l’acciaio verde nei loro processi futuri sono quelle che operano nel mercato dei veicoli elettrici (VE). Nel settore dei VE l’idrogeno verde potrebbe assicurare emissioni molto ridotte, oltre all’azzeramento delle emissioni incorporate laddove venisse usato l’idrogeno nella produzione di acciaio. Inoltre, la transizione verso l’acciaio verde dovrebbe incrementare il costo dei veicoli solamente del 2-3%.

Trasporto pesante

I veicoli commerciali contribuiscono per circa il 40% a tutte le emissioni legate ai trasporti; nel 2021, infatti, le tonnellate di CO₂ emesse sono state circa 2,6 miliardi, ossia il 3% di tutte le emissioni di carbonio globali. A nostro avviso, l’idrogeno verde potrebbe alleggerire l’impronta di carbonio in alcuni ambiti di questo settore.

I veicoli elettrici a batteria (BEV) hanno acquisito slancio nel settore degli autotrasporti, soprattutto per quanto riguarda i carichi più leggeri e i viaggi su brevi distanze; eppure, pur presentando molti vantaggi, i BEV hanno tempi di ricarica molto lunghi, hanno un range limitato ed aggiungono un peso notevole al veicolo che alimentano. Per contro, gli autocarri con celle a combustibile potrebbero essere idonei ad applicazioni specifiche, ad esempio i viaggi su strade a lunga percorrenza, dove le stazioni di ricarica per BEV non sono disponibili, o ancora in luoghi remoti e carenti di infrastrutture di rete. In aggiunta, gli autocarri a idrogeno potrebbero essere un’opzione pratica per settori come la silvicoltura o la l'industria cartaria, che prevedono carichi pesanti e necessitano di tempi di rifornimento rapidi e viaggi di più giorni.

L’adozione dell’idrogeno verde in questo settore comporterebbe alcune difficoltà. Ad esempio, l’uso diffuso dell’idrogeno nel trasporto su strada richiederebbe lo sviluppo di un’ampia rete di gasdotti, con tempi di completamento molto lunghi e la necessità di un ampio bacino d’utenza per risultare economicamente praticabile. La creazione di queste infrastrutture incrementerebbe sostanzialmente il prezzo dell’idrogeno alla pompa. Ancora, la perdita di energia che avviene nella conversione dall’idrogeno pulito all’elettricità in un VE con celle a combustibile è pari circa al 75%.

L’adozione di autocarri con celle a combustibile richiederebbe un forte supporto politico e potrebbe rimanere limitata a casi e location specifici. A nostro avviso, i BEV – data la traiettoria più concreta a livello di tecnologia e costo, la disponibilità elevata e crescente di modelli e l'introduzione dei processi di carica ad alta efficienza – potrebbero rappresentare candidati più idonei per la decarbonizzazione dei veicoli commerciali. Ad ogni modo, anche altri fattori come la geografia, la logistica, l’infrastruttura stradale ed i centri abitati avrebbero un ruolo cruciale nel definire la quota di mercato spettante ai BEV o ai veicoli con celle a combustibile.

Finora l’adozione da parte dei maggiori operatori è stata piuttosto lenta, ma i mercati di tutto il mondo stanno iniziando a finanziare i veicoli commerciali con celle a combustibile.

Spedizioni marittime

Ad oggi, il 96% di tutti carburanti per le spedizioni marittime è costituito da petrolio pesante. Il settore emette circa un miliardo di tonnellate di CO₂ l’anno e rappresenta quasi il 3% delle emissioni di carbonio totali globali. L’International Maritime Organization ha definito un target di riduzione delle emissioni di carbonio del 50% per il settore delle spedizioni marittime entro il 2050. Inoltre, la vita media di una grande nave è circa 20-25 anni, e questo sottolinea ulteriormente l’urgenza di sviluppare alternative sostenibili. Affinché gli operatori del settore possano azzerare le emissioni entro il 2050, sarebbe necessario sviluppare nuove tecnologie tra il 2025 e il 2030 per sostituire le grandi navi entro il 2030. Le società stanno valutando la possibilità di impiegare il metanolo e l’ammoniaca, entrambi derivati dall’idrogeno, come potenziali opzioni per la decarbonizzazione delle grandi navi, ma entrambi presentano potenziali ostacoli.

Data la ridotta densità dell’idrogeno, è improbabile che possa essere impiegato direttamente come carburante perché occuperebbe troppo spazio all’interno di una nave da carico riducendone il tonnellaggio disponibile e dunque la redditività. Tuttavia, i combustibili derivati dall’idrogeno, e in particolare il metanolo, dovrebbero svolgere un ruolo chiave nella decarbonizzazione dell’industria delle spedizioni marittime.

Game changer?

Da una prospettiva di investimento, il lancio dell’IRA è stato un punto di svolta per l’idrogeno pulito nel contesto della transizione energetica degli Stati Uniti. Di conseguenza, diversi gestori degli investimenti si stanno adoperando per posizionare i loro portafogli nel modo migliore per i loro clienti, andando a ricercare nei vari settori le società che trarranno vantaggio dagli incentivi dell’IRA per l’idrogeno pulito. Le società di ingegneria e costruzioni sono solo alcune aree del mercato che a nostro avviso potrebbero beneficiare da un punto di vista tematico. Anche molte utility stanno mostrando il loro interesse a integrare elettrolizzatori nei loro impianti elettrici, dal nucleare per l’idrogeno rosa all’eolico e solare per l’idrogeno verde.

A nostro avviso, l’idrogeno non sarà probabilmente il rimedio universale alle emissioni di carbonio.Riteniamo però che potrà svolgere un ruolo cruciale nel decarbonizzare diversi settori fondati sui combustibili fossili, tra cui l’acciaieria, il trasporto pesante e le spedizioni marittime. Le celle a combustibile fisse potrebbero quindi essere applicate in aree limitate in cui è richiesta alimentazione costante, sostituendo alternative ad elevate emissioni come il diesel. Ad ogni modo, per un’adozione più ampia in questi settori, l’idrogeno verde dovrebbe divenire più competitivo in termini di costo rispetto ai combustibili fossili. Ma questo, a nostro avviso, non avverrà prima del 2030.