Idrogeno sostenibile: il potenziale inespresso del bioidrogeno

Nella corsa allo sviluppo dell’idrogeno sostenibile, c’è un potenziale candidato di cui si parla poco: il bio-hydrogen. Si tratta di idrogeno prodotto da biomassa o biogas, su cui si è focalizzato l’interesse della ricerca, come si nota dal trend mondiale delle registrazioni brevettuali in crescita, con un CAGR pari al +10,1% nel periodo 2004-2013 e al +4,6% tra il 2014 e il 2022. Sono varie le tecnologie di produzione allo studio, come il contesto di attori col maggior numero di invenzioni.

Di bio-hydrogen se n’è occupato il recente Hydrogen Innovation Report 2024, ma già lo scorso anno l’European Biogas Association (EBA), preparando un white paper sul tema, sosteneva il bioidrogeno a partire dai suoi pregi di sostenibilità, convenienza e accessibilità. «Insieme al biogas e al biometano, il bioidrogeno sarà fondamentale per soddisfare pienamente le esigenze energetiche di vari settori e supportare le strategie di mitigazione del clima dell’Europa».

A che punto siamo oggi? Che mercato rappresenta l’Europa e, in particolare, l’Italia che potenziale ha?

I pregi potenziali dell’idrogeno sostenibile da biomasse e biogas

“Conveniente, ecologico, ma ancora trascurato”: così esordiva EBA, nel 2023, parlando di bio-hydrogen, capace di permettere una produzione di idrogeno in Europa nel segno della decarbonizzazione.

A proposito delle sue caratteristiche premianti, la stessa associazione scriveva:

«A differenza delle altre forme di idrogeno, il bioidrogeno può essere a zero o addirittura a zero emissioni di carbonio se ottenuto da materie prime come rifiuti e letame. Inoltre, a seconda della tecnologia del bioidrogeno, la produzione di bioidrogeno può generare coprodotti come anidride carbonica biogenica pura, digestato o biochar».

Altro fattore da considerare come pregio è il fatto che il bioidrogeno può essere generato da biogas prodotti a livello nazionale, riducendo la necessità di importare gas e migliorando direttamente sia la sicurezza dell’approvvigionamento che l’indipendenza energetica dell’Europa.

Oltre a essere una forma di idrogeno sostenibile a livello ambientale, lo è anche dal punto di vista economico. EBA sottolineava che può essere ottenuto a un costo di produzione inferiore rispetto ad altri tipi di idrogeno verde. Oggi il costo di produzione del bioidrogeno varia da 1,15 a 9,65 EUR/kg H₂, mentre per produrre dell’idrogeno verde da elettrolisi si oscilla tra 2,51 e 11,94 EUR/kg H₂.

Secondo quanto riporta E&S nell’Hydrogen Innovation Report 2024, la combinazione virtuosa tra l’impiego di fonti biogeniche come i rifiuti e l’applicazione di tecnologie CCS rendono il Bio-Hydrogen l’unica forma di idrogeno con un’impronta carbonica potenzialmente negativa, fino a un minimo di -21,9 kg CO2/kg H2. «Sebbene i costi di produzione non siano ancora competitivi rispetto all’idrogeno grigio, sono più vantaggiosi rispetto a quelli dell’idrogeno verde».

Bioidrogeno: difficile da incasellare e da classificare

Questa forma di idrogeno sostenibile, rileva il think tank milanese, sconta diverse criticità, a partire dalla sua complessa classificazione.

Ma partiamo dalla definizione. Come si riporta nella bozza di decreto del MASE in consultazione pubblica con bioidrogeno ci si riferisce all’idrogeno ottenuto da fonti biogeniche, quali bioliquidi, biomasse solide, biogas e biometano, e prodotto attraverso processi biologici, termochimici e biotermochimici oppure mediante processo elettrolitico alimentato da energia elettrica prodotta da impianti alimentati da fonti biogeniche, compresa la parte biogenica dei rifiuti.

Nello stesso testo si afferma che il bioidrogeno non ha a oggi un inquadramento specifico nell’ambito della disciplina in materia di aiuti di Stato a favore del clima, dell’ambiente e dell’energia. Gli analisti E&S rilevano, proprio a partire dalla bozza MASE, la singolarità del bioidrogeno che «costituisce una categoria distinta e trasversale rispetto alla scala dei colori dell’idrogeno».

Il bioidrogeno, quindi, proprio perché generato da fonti e processi produttivi eterogenei, nonché dalla mancanza di una definizione dei vari colori, incontra criticità di natura definitoria e di classificazione.

Inoltre, non concorre agli obiettivi di produzione di idrogeno verde al 2030 previsti dal Fit for 55%. Per questo, scrive il Ministero della Sicurezza energetica e dell’Ambiente, si prevede l’introduzione di uno specifico ulteriore contingente di capacità produttiva annua di bioidrogeno, pari al 20% di quello connesso all’idrogeno rinnovabile, ovvero 50mila tonnellate/anno.

L’aspetto tecnologico

Un altro difetto implicito del bioidrogeno è che la diffusione su larga scala è limitata dalla scarsa maturità delle tecnologie per la sua produzione e dalla competizione con il biometano.

Per produrre bio-hydrogen si possono adottare tecnologie termochimiche, biologiche ed elettrochimiche, di diversa specie. Il problema è hanno un livello di maturità tecnologica insufficiente per uno sfruttamento commerciale. Tutte tranne il processo di Bio-Methane Steam Reforming (BMSR), che impiega biometano come fonte di produzione. «Questa presenta un ridotto potenziale di applicazione visti i numerosi e attualmente più convenienti impieghi alternativi del biometano», sottolineano gli esperti E&S.

In questo senso, si pagano due aspetti nello sviluppo tecnologico: il contesto frammentato (una ventina di attori con il maggior numero di invenzioni copre appena il 21,5% dei brevetti) e la mancanza di attori aziendali, relegando lo sviluppo a università e istituti di ricerca.

L’idrogeno sostenibile in Italia: potenzialità e limiti del bioidrogeno

Sull’idea di generare idrogeno sostenibile a partire dalle biomasse l’Italia esprime potenzialità oggi inespresse.

Nell’Hydrogen Innovation Report 2024 è riportata una stima sul potenziale di produzione massimo teorico di bio-hydrogen in Italia, compreso tra 2,4 e 8,7 Mt all’anno, quantità calcolata considerando l’utilizzo della totalità di biomassa in Italia per la produzione di Bio-Hydrogen. Questo quantitativo permetterebbe «una produzione ben superiore ai target PNIEC dell’idrogeno (0,251 Mt/anno)». Le materie prime per la produzione abbondano in Italia, specialmente concentrate nelle regioni del nord (Lombardia, Veneto e Piemonte), dove si potrebbe contare su una grande disponibilità di liquami zootecnici e paglie.

Tuttavia la possibile produzione sconta molte variabili, come spiegano gli esperti E&S:

«Risulta di forte impatto la tecnologia di produzione impiegata, la qualità e il contenuto energetico delle materie prime disponibili. Soprattutto la disponibilità reale di queste potrebbe essere il fattore limitante, anche visti gli utilizzi alternativi e spesso più convenienti che si hanno per le materie prime, come il biometano.»

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