Idrogeno verde e decarbonizzazione: costi ridotti entro il 2030

Indice degli argomenti:

• Idrogeno verde e decarbonizzazione: costi e previsioni, l’obiettivo USA
• Europa: strategia, previsioni e costi industriali dell’idrogeno verde
• Idrogeno verde e decarbonizzazione: l’industria si muove e stila le priorità

Idrogeno verde e decarbonizzazione hanno uno stretto legame. Secondo un report dell’Energy Transition Commission (ETC) per decarbonizzare l’economia e mantenere il riscaldamento globale nei limiti dell’Accordo di Parigi, al 2050 l’idrogeno dovrà coprire dal 15 al 20% della domanda di energia. Ma serve idrogeno “pulito”, da fonti rinnovabili, e per produrre il quantitativo necessario serviranno 30mila TWh di energia da fonti rinnovabili. Per arrivarci, nei prossimi trent’anni bisognerà investire 15mila miliardi di dollari: l’85% in produzione di energia e il 15% in impianti di elettrolisi dell’acqua.

Uno dei principali elementi critici riguardanti l’idrogeno verde sono i costi. La produzione richiede l’impiego di elettrolizzatori che utilizzano elettricità prodotta da fonti rinnovabili e acqua per produrre idrogeno e ossigeno. Ci sono due elementi da considerare, economicamente parlando: le spese in conto capitale (capex) per l’installazione dell’elettrolizzatore e le spese operative e di manutenzione (opex). Come hanno messo in luce Mike Parr e Simon Minett, rispettivamente direttore della società di ricerca PWR e fondatore della società di consulenza Challoch-Energy, il costo operativo di gran lunga più consistente (circa il 95%) è quello dell’elettricità. I produttori di elettrolizzatori stimano un rapporto capex/opex a circa 20/80: ciò significa che l’80% dei costi sono attribuibili all’opex e quindi all’elettricità e il 20% al capex.

L’altra importante questione per determinare la formazione del prezzo dell’idrogeno verde è la quantità di elettricità necessaria per convertire l’acqua in idrogeno. La cifra più comunemente usata è tra 55kWh e 60kWh di elettricità per kg di idrogeno prodotto. “L’industria si aspetta che questa cifra scenda a circa 50kWh entro il 2025/2030 grazie ai miglioramenti tecnologici”, sostengono i due. Ma tutto questo sarà possibile?

Idrogeno verde e decarbonizzazione: costi e previsioni, l’obiettivo USA

Ripartiamo dal report dell’ETC. Oggi idrogeno verde e decarbonizzazione non vanno ancora di pari passo. La produzione di H2 green rappresenta meno dell’1% dell’idrogeno generato e utilizzato a livello mondiale, dovrebbe raggiungere 50 Mt entro il 2030, sbloccando costi medi di produzione dell’idrogeno pulito ben al di sotto di 2 dollari al kg a livello globale. Più del 60% della domanda corrispondente dovrebbe derivare dalla decarbonizzazione degli usi esistenti dell’idrogeno, combinata con un rapido aumento di scala dei nuovi usi chiave dell’idrogeno nella mobilità come il trasporto marittimo, il trasporto su lunga distanza, l’aviazione) e nell’industria (l’acciaio, per esempio).

Tuttavia c’è chi pensa che un prezzo più basso dei 2 dollari al kg sia possibile già oggi. Lo sottolinea IRENA, nell’ultimo rapporto Renewable Power Generation Costs. Spiega che l’ostacolo più sensibile all’idrogeno rinnovabile a prezzi accessibili finora sia stato: l’alto costo dell’elettricità rinnovabile con basse ore di carico sull’elettrolizzatore, a causa dei bassi fattori di capacità solare ed eolica rinnovabili; gli alti costi di capitale degli elettrolizzatori di idrogeno che richiederebbero molte ore di carico dalle rinnovabili per generare idrogeno a basso costo. Questi però, segnala la stessa Agenzia internazionale per le energie rinnovabili, non sono più ostacoli insormontabili. Il solare fotovoltaico a basso costo sembra ora essere fattibile. Allo stesso tempo, anche l’eolico onshore a basso costo è possibile. L’Arabia Saudita, per esempio, ha assegnato a EDF e Masdar il contratto per il parco eolico di Dumat al Jandal da 400 MW nel gennaio 2019 a un prezzo di 0,0213 dollari/kWh.

Si legge nel report:

“Il potenziale costo livellato dell’idrogeno in Arabia Saudita con il costo del solare fotovoltaico e dell’eolico onshore disponibile oggi, potrebbe essere di appena 1,62 dollari per kg di idrogeno, se un impianto di produzione di idrogeno potesse vendere il suo surplus di elettricità alla rete per 0,0104 dollari/kWh; se invece non potesse si arriverebbe a 1,74 dollari/kg”.

Gli Stati Uniti hanno obiettivi più ambiziosi, anche se stimati entro dieci anni.  Proprio di recente, il segretario all’Energia Jennifer M. Granholm ha dato avvio ufficiale all’Energy Earthshots. Si tratta di un’iniziativa del DOE – il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti per accelerare le scoperte di soluzioni di energia pulita più abbondanti, accessibili e affidabili entro il decennio. Al primo punto c’è proprio l’idrogeno: si intende ridurre il costo dell’idrogeno green dell’80%, portandolo a 1 dollaro per chilogrammo entro il 2030. Attualmente, segnala lo stesso DOE, l’idrogeno da energia rinnovabile costa circa 5 dollari al kg.

Europa: strategia, previsioni e costi industriali dell’idrogeno verde

Produzione di idrogeno verde e decarbonizzazione sono due elementi cardine della strategia UE per il prossimo futuro.

Secondo la strategia europea sull’idrogeno, la Commissione prevede che gli investimenti cumulativi nell’idrogeno rinnovabile in Europa potrebbero arrivare a 180-470 miliardi di euro entro il 2050. Intanto però i costi stimati oggi per l’idrogeno fossile con cattura e stoccaggio del carbonio sono di circa 2 €/kg, e l’idrogeno rinnovabile 2,5-5,5 €/kg. Ma secondo lo stesso documento, i costi sono in rapido calo, a partire dai costi degli elettrolizzatori, ridotti del 60% negli ultimi dieci anni. Si prevede che nel 2030 si dimezzeranno rispetto ad oggi grazie alle economie di scala.

C’è anche la questione legata ai costi di trasporto. In questo caso sono diverse le aziende del ramo gas che spingono affinché si utilizzino le infrastrutture gas, adeguatamente predisposte per veicolare anche l’H2.

Secondo uno studio pubblicato dalla European Hydrogen Backbone si stima un aumento di 2.300 TWh della domanda di idrogeno nella Ue e nel Regno Unito entro il 2050, pari a circa il 20-25% della domanda futura di energia delle due aree.

La sola Ue registrerà una domanda di circa 2.000 TWh entro il 2050. Ciò corrisponde a circa il 45% della domanda di gas nella Ue e nel Regno Unito per il solo 2019. “Il totale della domanda di idrogeno potrebbe potenzialmente essere soddisfatto dall’idrogeno verde prodotto nella Ue e nel Regno Unito, attraverso il ricorso alle rinnovabili.  Riutilizzare parte dell’infrastruttura del gas esistente è essenziale per collegare quelle aree in cui si intersecano domanda e fornitura di idrogeno”, specifica il report dell’iniziativa che raggruppa diversi partner industriali del settore gas e non solo, tra cui l’italiana SNAM. La rete di metanodotti rappresenta l’opzione più efficace ed economica su lunga distanza, con costi di trasporto pari a 0,11-0,21/kg ogni 1.000 km, molto più competitivi rispetto al trasporto via mare per le distanze tra Europa e paesi limitrofi.

Idrogeno verde e decarbonizzazione: l’industria si muove e stila le priorità

A livello industriale, la multiutility spagnola Iberdrola ha stilato tempi e costi di un impianto di idrogeno verde già oggi attuabili. Per il maxi hub in costruzione per rifornire di H2 a zero emissioni il ciclo produttivo di Fertiberia, colosso iberico dei fertilizzanti, ha annunciato un progetto che verrà completato nel corso del 2021 per produrre 100MW di fotovoltaico e accoppiarlo a 20MW di elettrolizzatori per produrre idrogeno verde. Partendo dal costo della produzione di elettricità dal fotovoltaico in Spagna, che è di circa 25 €/MWh, si ottiene un prezzo dell’idrogeno verde di 1,65 euro/kg.

Total ed Engie hanno firmato un accordo di cooperazione per progettare, sviluppare, costruire e gestire il progetto Masshylia, il più grande sito francese di produzione di idrogeno rinnovabile in Provenza. Situato nel cuore della bioraffineria La Mède di Total e alimentato da parchi solari con una capacità totale di oltre 100 MW, l’elettrolizzatore da 40 MW produrrà 5 tonnellate di idrogeno verde al giorno per soddisfare le esigenze del processo di produzione di biocarburante presso la bioraffineria La Mède di Total.

L’idrogeno verde potrà così raggiungere entro tempi ragionevoli costi paritari almeno quanto quello grigio, ovvero quello prodotto da fonti fossili? Secondo quanto afferma Siemens Gamesa Renewable Energy sì. E lo ha messo scritto in un libro bianco in cui spiega che la produzione di idrogeno rinnovabile potrà raggiungere la parità di prezzo con l’idrogeno di origine fossile utilizzando le turbine eoliche onshore entro il 2030, ed entro il 2035 con l’eolico offshore.

Il libro bianco di Siemens Gamesa delinea quattro aree chiave per aiutare a guidare i costi verso il basso: l’aumento della capacità di energia rinnovabile; la creazione di “un mercato della domanda conveniente per l’idrogeno verde”; lo sviluppo di una catena di approvvigionamento; il sostegno alle infrastrutture.

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