Da anni si studia l’idrogeno come vettore energetico, semplicemente perché è uno degli elementi più presenti in natura attraverso la molecola più nota a tutti: H2O, ovvero l’acqua che presenta due atomi di idrogeno legati a un atomo di ossigeno. Un legame molto forte, tant’è che per separare i due elementi c’è bisogno di parecchia energia, che però possiamo produrre con qualsiasi vettore, comprese le rinnovabili. Ma l’idrogeno è presente anche nella molecola di metano (CH4), per questo è il vettore (usato in edilizia) con cui ha compatibilità massima e può essere usato in mix in molti dei nostri attuali metanodotti.
Perché l’obiettivo, soprattutto dell’Europa, è quello di andare a sostituire gradualmente l’utilizzo di gas di origine fossile, possibilmente senza cancellare un comparto importante come quello dei produttori di caldaie. Ma andiamo per gradi. Dell’idrogeno andiamo ad analizzare:
Negli ultimi tre anni l’idrogeno è presente come attore chiave per l’attuazione di piani di decarbonizzazione e indipendenza energetica per l’Ue, a partire dal Green Deal europeo, al Recovery and Resilience Facility (RRF), fino al REPowerEU, , la maggior parte di utilizzo interesserà il settore dei trasporti pesanti, il riscaldamento residenziale e alcuni processi industriali come la raffinazione e le lavorazioni che richiedono elevate temperature, dove attualmente si utilizza l’idrogeno “grigio”, ricavato dal gas naturale.
Anche il PNRR italiano ha deciso di puntare sull’idrogeno rinnovabile, sono previsti, infatti, investimenti per 2 miliardi di Euro per applicazioni idrogeno rinnovabile nei settori “hard to abate”, ovvero, le industrie che risultano oggi più inquinanti e difficili da riconvertire.
E ben 500 milioni di Euro destinati alla costruzione di Hydrogen Valleys, ovvero aree industriali con economia in parte basata sull’idrogeno sostenibile, progettate per favorirne la produzione e l’uso, a livello locale, nell’industria e nei trasporti e, per trasferimento tecnologico, nel settore civile.
L’idrogeno ha una peculiarità pressoché unica: può essere prodotto a partire da qualsiasi fonte energetica primaria, dai combustibili fossili (metano), fino alle fonti rinnovabili, all’idroelettrico e alle biomasse. La produzione può avvenire per:
Questi ultimi due processi sono, evidentemente, quelli su cui si stanno basando le ricerche per l’applicazione in edilizia. Un esempio tipico sono le Celle a Combustibile o Fuel Cells (efficienza fino al 60%) che sono dispositivi elettrochimici che, oggi alimentati a metano ma pronti a vettori rinnovabili, generano energia elettrica in corrente continua il combustibile per eccellenza è l’idrogeno che reagisce con l’ossigeno dell’aria, ma la diffusione di massa di questa tecnologia sarà possibile se i costi scenderanno rendendola equiparabile alle caldaie a condensazione.
Il vero limite tecnologico per l’applicazione di massa dell’idrogeno è il suo stoccaggio che non risulta un processo a basso costo, infatti può essere conservato e trasportato come:
Una delle proprietà chimiche più importanti dell’idrogeno – che è anche uno dei suoi maggiori difetti per l’applicazione in ambito civile – è l’infiammabilità, infatti reagisce con tutti gli agenti ossidanti: ossigeno, cloro, protossido d’azoto, ecc. e in tutti i casi le reazioni sono accompagnate da un elevato sviluppo di calore.
Questo è uno dei fattori da tenere maggiormente presente per l’installazione di impianti a idrogeno in edilizia, considerando che non ci sono indicazioni specifiche dei Vigili del Fuoco per questo tipo di applicazioni.
Ancora troppo sporadiche, ma in aumento, le sperimentazioni nel settore dell’edilizia: in Italia nel 2019 è stata brevettata una caldaia che usa per il 20% idrogeno, oggi in fase di commercializzazione come soluzione tecnologica “ready for H2”.
Con il prossimo aggiornamento del regolamento europeo 813/2013/UE (specifiche per la progettazione ecocompatibile degli apparecchi per il riscaldamento d’ambiente e degli apparecchi di riscaldamento misti) tutto il comparto della produzione di caldaie sta adeguando i propri prodotti al “ready for H2” portando gli attuali generatori a essere pronti già da subito a essere alimentati da un mix idrogeno-metano.
Nel 2022 nella città di Lochem, in Olanda, all’interno di dodici case unifamiliari è stata installata una caldaia che funziona con il 100% di idrogeno immesso nella rete di gas naturale esistente: forma e dimensioni sono praticamente le stesse di una caldaia a metano, garantisce la stessa efficienza di una caldaia a condensazione, ma può fornire riscaldamento e acqua calda senza emissioni di ossidi di carbonio. L’idrogeno è stato immesso in rete in una zona industriale adiacente dove è stato prodotto usando una serie di elettrolizzatori alimentati da pannelli solari.
Nel Regno Unito l’obiettivo sarà riuscire a montare 400 caldaie alimentate a idrogeno entro il 2025.
Degno di nota, il progetto PHOCS (Photogenerated Hydrogen by Organic Catalytic Systems), finanziato dall’UE, i ricercatori hanno sviluppato un dispositivo organico che sfrutta la luce solare per separare l’acqua in idrogeno e ossigeno, combinando le caratteristiche fotoassorbenti dei semiconduttori organici con le capacità di trasporto della carica dei semiconduttori inorganici. Una delle principali sfide del progetto è stata quella di dimostrare che i materiali organici possono essere usati per la generazione fotoelettrochimica di idrogeno, perché offrono un’elevata efficienza a un costo inferiore rispetto a quelli inorganici.
Abbiamo già detto che l’obiettivo dello sviluppo dell’idrogeno (ovviamente “verde”) è quello di andare a sostituire gradualmente il metano (che è un combustibile fossile), per questo non deve essere comparato con le pompe di calore.
Il Report del 2022 ”Modelling the socioeconomic impacts of zero carbon housing in Europe” lo ha fatto ed è stato calcolato che il passaggio alle pompe di calore per edifici efficienti genereranno una grande crescita socio-economica dell’Europa, riducendo bollette e dipendenza energetica.
Un largo impiego di pompe di calore e un tasso elevato di riqualificazione energetica può dimezzare le bollette energetiche delle famiglie nel 2050, creando 1,2 milioni di posti di lavoro aggiuntivi.
Lo studio ha rilevato che l’idrogeno verde per il riscaldamento domestico non fornisca simili vantaggi socio-economici. Con le attuali tecnologie, le caldaie a idrogeno risulterebbero meno efficienti dal punto di vista energetico rispetto alle pompe di calore, richiedendo fino a 6 volte di più di energia rinnovabile.
L’associazione italiana idrogeno e celle a combustibile (H2IT), ha realizzato un documento “Installazione di celle a combustibile in ambito residenziale e commerciale” in cui spiega i vantaggi dell’idrogeno. Inoltre, fa delle proposte per superare le criticità normative e tecnologiche. Tra i suggerimenti, c’è quello di inserire i sistemi a celle a combustibile fra le tecnologie ammesse per gli edifici di nuova costruzione e i progetti di ristrutturazioni rilevanti e fra quelle ammesse al meccanismo delle comunità energetiche.
L’EHI – European Heating Industry, associazione di riferimento dell’industria europea del riscaldamento ha fatto emergere come l’idrogeno in edilizia può essere fondamentale per la decarbonizzazione dell’UE, dove l’edilizia è un settore energivoro che ha necessità di essere rigenerato.
Per raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione è necessario sostituire progressivamente i combustibili fossili con rinnovabili per il riscaldamento, promuovendo la riqualificazione energetica, ovvero puntando su soluzioni di isolamento termico e su apparecchi di riscaldamento di elevata classe energetica.
In prospettiva sarà l’idrogeno verde uno dei “facilitatori” della transizione energetica e il suo utilizzo in uno scenario di autoproduzione da impianti rinnovabili rappresenta un valido strumento nel medio-lungo periodo per stoccare energia e rendere il sistema resiliente e sostenibile tra il 2030 e il 2050.
Sicuramente, una delle principali sfide da vincere per avviare l’utilizzo dell’idrogeno come vettore energetico, consiste nella capacità di progettisti e costruttori di trovare sistemi pratici per immagazzinare e distribuire l’idrogeno, oltre ai materiali idonei a supportarne lo stoccaggio su larga scala, che siano conformi a tutti i principi di protezione dalle esplosioni.
Ma la strada, stavolta, sembra essere avviata da più fronti convergenti verso un uso dell’idrogeno come valida alternativa ai combustibili fossili, purchè si cominci a lavorare già oggi perché ne diventi un’opzione complementare.
