Nicola Rossi (Enel): l’innovazione per ridurre i costi dell’idrogeno verde

“Non è la prima volta che l’idrogeno conquista l’attenzione di esperti e grande pubblico. Oggi la situazione è diversa però. Questa è la volta buona”. Esordisce così Nicola Rossi, 46 anni, Head of Innovation Enel Green Power e Enel Global Power Generation. Ingegnere chimico-ambientale con diverse specializzazioni in gestione e management, in Enel dal 2000, ha sempre lavorato nel campo della tecnologia e dell’innovazione, all’inizio in ambito ambientale e sulla geotermia, passando per il digitale, fino a diventare responsabile Innovazione per le energie rinnovabili.

L’idrogeno, per la precisione l’idrogeno verde, è uno degli ingredienti della transizione energetica, in linea con la strategia di decarbonizzazione dell’UE e di molti altri Paesi. Ma ci sono già state “false partenze” prima d’ora. E dall’innovazione può arrivare un contributo decisivo per abbattere i costi dell’idrogeno verde, l’unico veramente sostenibile.

Perchè questa volta la situazione è diversa?

Principalmente per due motivi.

Per prima cosa, oggi c’è una grossissima spinta verso la decarbonizzazione, tema al centro dell’agenda politica di molti player e nazioni a livello mondiale. Europa e USA puntano ad arrivare alla carbon neutrality per il 2050, e anche Cina e Giappone hanno simili obiettivi per il 2060. È partito un grande processo, e l’idrogeno è indispensabile per raggiungere gli obiettivi dichiarati.

Allo stesso tempo c’è una forte spinta sulle energie rinnovabili, ormai diventate “mainstream” per ragioni economiche: non si tratta più solo di sostenibilità fine a se stessa, oggi le rinnovabili si costruiscono perché rappresentano il miglior modo per investire. Le tecnologie sono evolute, i costi si sono ridotti e il mercato remunera gli investimenti.

Qual è il ruolo dell’idrogeno in tutto questo?

Innanzitutto, ci sono alcuni miti da sfatare. Si sente parlare di idrogeno per autotrazione, i cosiddetti veicoli a idrogeno, ma l’idrogeno non va applicato alla mobilità. L’alternativa elettrica è molto più efficiente e meno costosa: basti pensare che un’auto elettrica ha una resa, dalla fonte rinnovabile alla ruota (Well-to-Wheel), di quasi l’80%, la mobilità ad idrogeno solo del 33%, quasi tre volte inferiore. Può esserci un’applicazione interessante per le grosse navi o mobilità aerea, dove l’idrogeno permette di immagazzinare grosse quantità di energia con pesi minori, ma nelle auto è solo una versione meno conveniente della classica batteria. Stesso discorso per applicazioni nel riscaldamento delle case: l’elettricità non solo è già distribuita dappertutto in modo sicuro ed affidabile, ma per ogni kWh di energia rinnovabile una moderna pompa di calore produce fino a cinque volte più calore di un boiler ad idrogeno. Discorso analogo vale per le applicazioni cosiddette “power to power”, ovvero la riconversione dell’idrogeno verde in elettricità sostituendo il gas naturale nelle turbine a gas di grossa taglia; un processo enormemente meno efficiente e maturo di quanto si può ottenere da un semplice ciclo di carica e scarica di una batteria con il medesimo effetto utile.

L’energia elettrica prodotta da rinnovabili resterà sempre la prima alternativa per la decarbonizzazione: si tratta di energia carbon free a basso costo, c’è già un’infrastruttura di distribuzione, è disponibile ed utilizzabile dappertutto e si trasporta in maniera veloce, sicura ed economica.

L’idrogeno diventa però indispensabile in quei settori che non si possono decarbonizzare solo con l’elettrificazione: i cosiddetti segmenti industriali “hard to abate” che utilizzano l’idrogeno, oggi prodotto da combustibili fossili, come materia prima. Parliamo di settori come produzione di fertilizzanti e oil & gas. In questi casi, l’idrogeno prodotto da energia rinnovabile può sostituire quello da combustibili fossili.

Si parla di idrogeno grigio, blu, verde… cosa cambia?

A seconda di come viene prodotto, c’è idrogeno e idrogeno. Questo è un tema importante, perché per come è prodotto oggi, l’idrogeno non è una soluzione sostenibile. La stragrande maggioranza (circa il 70%) è idrogeno “grigio”, ottenuto attraverso un processo che utilizza metano ed acqua (steam reforming) e libera nell’aria anidride carbonica.

Oggi la domanda di idrogeno puro nel mondo è intorno ai 70 milioni di tonnellate che, ottenute in questo modo, producono circa 800 milioni di tonnellate di anidride carbonica. In pratica, sono le stesse emissioni di Regno Unito e Indonesia messi insieme.

L’alternativa dell’idrogeno blu ha lo stesso processo di produzione dell’idrogeno grigio, con l’aggiunta di un sistema di cattura e sequestro della CO2. Anche qui però c’è un problema: l’anidride carbonica catturata viene compressa e sequestrata sotto la crosta terrestre. Con effetti non del tutto prevedibili: anche senza considerare possibili rischi sismici, è sufficiente sbagliare leggermente i calcoli di permeabilità e permettere all’1% del gas di tornare a liberarsi nell’atmosfera in un anno, e in 100 anni sarà di nuovo in circolo per intero. Senza considerare che il processo di cattura della CO2 ha un’efficienza limite del 90%, quindi almeno il 10% della CO2 generata dal processo di steam reforming viene comunque emessa. Un ulteriore contributo al riscaldamento globale viene poi dai trafilamenti sulle linee di trasporto del metano, effetto non trascurabile in considerazione del fatto che il potere climalterante di questo gas è circa 50 volte superiore a quello della CO2.

Esiste però una terza alternativa. Quella dell’idrogeno  prodotto con l’elettricità rinnovabile, attraverso l’elettrolisi dell’acqua (la separazione dell’acqua in idrogeno ed ossigeno molecolare). Quest’ultimo metodo è quello che produce idrogeno verde, l’unico che consente di abbattere integralmente le emissioni di CO2.

I consumi di idrogeno continueranno e aumenteranno in modo massiccio in futuro. Dal 1975 al 2020 sono cresciuti di 3 volte e si stima che nel 2030 saremo passati da 70 a 110 milioni di tonnellate. Per questo è importante non solo puntare sull’idrogeno, ma scommettere sull’idrogeno verde, il solo veramente sostenibile.

L’idrogeno verde è però anche il più costoso da produrre…

Oggi è vero: se 1kg di idrogeno blu costa circa 2 euro, 1kg di idrogeno verde sta sui 5-6 euro, con una variabilità legata a quante ore lavora l’elettrolizzatore all’anno, al costo dell’energia elettrica e al costo capitale dell’impianto. Decisamente più costoso.

Tuttavia, lo sviluppo tecnologico può fare miracoli. Le tecnologie evolvono molto rapidamente; i costi capitali si riducono e le prestazioni aumentano. Tutto ciò, unito alla diminuzione dei costi dell’energia elettrica potrà determinare una rapida diminuzione dei costi dell’idrogeno verde. L’abbiamo visto con il fotovoltaico, il cui costo dal 2010 al 2020 è diminuito di ben 9 volte, stessa cosa per le batterie.

È ragionevole ritenere che accada anche per gli impianti di produzione di idrogeno verde. Già nel 2025 sarà possibile produrre idrogeno verde allo stesso costo dell’idrogeno blu, nel 2030 si potranno raggiungere 1-2 euro/kg, e per il 2050 immaginiamo di arrivare tra 0,5 e 1,5 euro/kg.

Non ha senso, quindi, oggi investire in impianti che producono idrogeno blu. Sono complessi e richiedono lunghi iter di autorizzazione e di costruzione. Di fatto, finirebbero per entrare in esercizio quando già converrà produrre idrogeno verde e diventerebbero obsoleti nel giro di pochi anni.

Ha invece molto più senso investire subito nella soluzione del problema, piuttosto che continuare a puntare sui combustibili fossili che sono la sua causa.

Quali sono i progetti di Enel per investire sull’idrogeno verde?

Abbiamo un piano che prevede la costruzione di 2 gigawatt di elettrolizzatori nel mondo entro il 2030 tra EU, USA e Sudamerica. Ci sono anche una serie di progetti già partiti, con una Business Unit dedicata.

In 2-3 anni completeremo i primi progetti che ci consentiranno di acquisire esperienza a livello industriale sulle tecnologie per produrre idrogeno verde.

A tutto questo si affiancata un’intensa attività di innovazione per ottenere la riduzione di costo di cui si parlava: da una parte lavorando sull’innovazione delle tecnologie, e dell’altra sulla loro integrazione negli impianti di produzione da energie rinnovabili. L’obiettivo è l’integrazione e la sinergia dell’elettrolizzatore all’interno degli impianti rinnovabili, per renderli più flessibili.

Visto che le energie rinnovabili sono fonti energetiche non programmabili (non possiamo prevedere o controllare il sole o il vento), è possibile utilizzare l’elettrolizzatore per modulare la potenza e l’energia immessa in rete.

Questo consente di generare valore su due direttrici: la produzione di idrogeno verde e la fornitura di servizi di flessibilità alla rete al fine per favorire la crescita delle rinnovabili.

Tutto questo sempre in ottica di open innovation?

Assolutamente. Stiamo collaborando con diversi soggetti, tra cui le startup, nate e cresciute nel mondo dell’idrogeno. Visto che il settore ha avuto tante false partenze, ci sono diversi attori promettenti ancora in fase pre-commerciale e anche early-stage con cui possiamo collaborare, per aiutarli a passare dai laboratori alla scala industriale.

Stiamo svolgendo un’azione di scouting attraverso i nostri Innovation Hub. Abbiamo individuato più di 60 startup, tra cui ne abbiamo selezionate 30, attive in attività di elettrolisi e stoccaggio d’idrogeno, e ora stiamo lavorando a opportunità di collaborazione.

Il nostro è un modello pensato per creare ponti tra startup e mercato. Vogliamo aiutarle a crescere e a validare i loro prodotti in ambiente reale, sui nostri impianti. Stiamo pensando anche di creare un laboratorio di test a servizio del sistema industriale, su cui lavorare con le startup ed altri Partners per promuovere il trasferimento tecnologico ed accelerare l’ingresso di nuove tecnologie sul mercato.

Quali sono le maggiori sfide tecnologiche?

Una delle grandi sfide è quella di accelerare questo percorso di riduzione di costo di cui parlavamo. È un percorso che avverrebbe naturalmente, ma vogliamo farlo accadere prima.

Dobbiamo lavorare su diversi ambiti, principalmente produzione (oggi abbiamo due tecnologie principali disponibili, ma ce ne sono altre non ancora pronte all’uso che potrebbero darci una spinta in avanti), storage (oggi l’idrogeno si accumula in serbatoi in pressione, esistono tecnologie che hanno il potenziale di aumentare le quantità immagazzinabili nello stesso volume) e, come dicevamo prima, integrazione con gli impianti rinnovabili, puntando ad attivare finanziamenti pubblici e privati.

Queste tre sono le maggiori aree di innovazione tecnologica, ovviamente da affrontare sempre sempre con un’attenzione particolare alla sostenibilità end-to-end, dalle materie prime alla gestione dell’end-of-life.