Eolico + idrogeno = sostenibilità

Come l'eolico offshore insieme all'idrogeno garantirà energia pulita in ogni momento.

di Adam Kimmel 05-11-21
Uno dei problemi più significativi tirati in ballo dai critici dell'energia rinnovabile è la mancanza di continuità nella sua fornitura di energia: ad esempio, quando il sole è coperto la fornitura di energia solare è inferiore, come quella eolica quando non tira il vento.

L'idrogeno, tuttavia, è un vettore energetico che non è influenzato dall'ora del giorno, dalle condizioni meteorologiche o da qualsiasi altro fattore ambientale. È denso di energia rispetto al suo volume, non contiene carbonio ed esiste naturalmente come elemento nell'acqua. Nonostante questi vantaggi, il suo costo di produzione continua a rappresentare una sfida per la distribuzione su larga scala dell'energia a idrogeno e la scissione delle molecole d'acqua richiede molta energia.

Il costo del petrolio è inferiore a quello dell'idrogeno. Oggi, produrre l'idrogeno costa tra i 2,05 e i 5,58 euro/kg (2,50 - 6,80 dollari/kg), mentre un chilogrammo di idrogeno ha l'equivalenza energetica di 3,8 kg di petrolio (pari a un gallone), che a giugno 2021 costava circa 1,67 dollari.

Finché esisterà questo differenziale di prezzo, l'industria dell'idrogeno potrebbe avere difficoltà a ottenere un'adozione più ampia.

Due dei metodi di produzione dell'idrogeno più comuni —il reforming del metano con vapore (SMR) e l'elettrolisi con consumo elettrico— hanno ciascuno almeno un difetto rilevante, se non di più. L’SMR è sostenibile, anche se non rinnovabile perché l'energia chimica utilizzata per produrre l'idrogeno proviene da combustibili fossili. L'elettrolisi è rinnovabile se l'elettricità necessaria per scindere le molecole d'acqua proviene da una fonte naturale e priva di carbonio, come il vento o il solare.

Poiché questi approcci sono imperfetti se implementati da soli, combinarli potrebbe essere il percorso migliore per creare un’energia rinnovabile, continua ed economicamente efficiente. Dal punto di vista dell’efficienza, l'elettrificazione diretta è preferibile ma non è sfruttabile con facilità in tutti gli ambiti. In alcuni settori ad alta intensità energetica, come l'industria siderurgica, l'aviazione a lungo raggio e la navigazione marittima, sarà importante quindi il ruolo dell’idrogeno verde.

L'eolico offshore come mezzo per contribuire alla produzione di idrogeno verde

Gli svantaggi più significativi dell'energia eolica sono la variabilità dell'energia prodotta e una bassa efficienza di conversione energetica, compresa tra il 30 e il 45%. Una soluzione per mitigare la variabilità dell'energia eolica è l’utilizzo dell'eolico offshore, che consente un approvvigionamento energetico più forte e continuo. Dato che il 40% della popolazione mondiale che vive entro 100 km da una costa, l'energia eolica generata in mare aperto non ha bisogno di essere trasportata su lunghe distanze.

Negli Stati Uniti, l'eolico offshore potrebbe fornire una capacità superiore ai 2.000 gigawatt, sufficienti per alimentare 1,5 miliardi di case per un anno, ipotizzando un consumo energetico medio di 10.650 kWh/anno. L’UE sta lavorando per riuscire a raggiungere i 100 gigawatt entro il 2030 e i 300 gigawatt entro il 2050. Nel 2020, l'UE disponeva già di 25 gigawatt nella sua rete di distribuzione.

Il vento offshore favorisce una distribuzione continua dell’energia, per una fonte energetica infinita e gratuita che offre agli elettrolizzatori l'elettricità di cui hanno bisogno per separare le molecole d'acqua, azione necessaria per la produzione di energia da idrogeno. Inoltre, è emerso un mercato delle turbine eoliche galleggianti che permette di sfruttare le velocità del vento più elevate che si trovano ancora più al largo, riducendo al minimo le perdite di trasporto e conversione e operando in modo indipendente dalla rete elettrica.

Come può il vento consentire l'elettrolisi?

Sebbene l'elettrolisi richieda una quantità intensiva di energia in ingresso, l'utilizzo del vento per alimentare la produzione di idrogeno rappresenterebbe una soluzione pulita ed efficiente. Circa 450 gigawatt di energia eolica offshore potrebbero produrre 24 miliardi di kg/anno di idrogeno, sufficienti per alimentare circa 74 milioni di case in un anno (90 GW).

Fornendo l'energia necessaria per produrre idrogeno, l'energia eolica accresce la sua efficienza attraverso la conversione in un vettore mobile ad alta densità energetica. Inoltre, i cambiamenti nelle condizioni oceaniche e atmosferiche globali stanno aumentando la velocità media del vento di oltre il 7% dal 2010. Questo schema, legato a un aumento dell'energia atmosferica e della temperatura, potrebbe consentire ai parchi eolici di generare il 37% in più di energia nei prossimi anni senza dover modificare l'infrastruttura attuale.

Alle porte di una nuova economia

Gli elettrolizzatori sono stati storicamente una tecnologia limitante nella fornitura di idrogeno verde. Comportano costi di capitale significativi e richiedono una carica di energia massiccia per dividere l'acqua al fine di rilasciare gas idrogeno. La combinazione dei vantaggi dell'eolico offshore con quelli dell'idrogeno consente un percorso rinnovabile verso l'economia dell'idrogeno.

La distribuzione dell'idrogeno è il prossimo ostacolo da superare, anche se si sta lavorando per utilizzare le navi di trasporto/stoccaggio e le pipelines esistenti che però avrebbero bisogno di grossi interventi per diventare compatibili col trasporto dell’idrogeno. Grazie ai costi inferiori dell'elettrolizzatore e dell'eolico offshore, l’idrogeno potrebbe diventare una realtà commerciale per l’energia distribuita entro la fine del decennio.

(lo)