Switch, produzione di H2 verde senza energie rinnovabili

UEEuropean Hydrogen Backbone – Corridoio South H₂

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di Vincenzo Rampolla

Per la prima volta l’H₂ verde non nasce da energie rinnovabili, ma rivoluzionando i correnti metodi per l’H₂ pulito. Switch, progetto europeo coordinato dalla Fondazione Bruno Kessler, ha vinto l’Hydrogen TCP Award of Excellence 2024, ambìto premio dell’International Energy Agency per i contributi a efficienza, sicurezza energetica e economicità della produzione di H₂, mirati a un futuro più sostenibile e un’economia pulita.

Come funziona Switch. In una società votata alla totale decarbonizzazione, gran parte dell’H₂ è prodotta da gas naturale e da petrolio, appestata da CO₂, e l’H₂ restante è generato con elettrolisi e basato su fonti non rinnovabili. In breve: energia pulita creata con energia inquinante. Switch (Smart Ways for In-Situ Totally Integrated and Continuous Multisource Generation of Hydrogen) è una tecnologia pulita low cost, principio cardine del Green Deal, e primo sistema che assicura un’erogazione continua di H₂ verde, indipendentemente dalla disponibilità delle fonti di energie rinnovabili. Finanziato dalla Clean Hydrogen Partnership e sostenuto dal programma di ricerca e innovazione Horizon 2020, nasce da un consorzio europeo di 7 società: Fondazione italiana Bruno Kessler capo progetto, Dlr-Centro Aerospaziale tedesca, Epfl-Ècole polytechnique Losanna, Sweco svedese, HyGear olandese, Solyd Era italo-tedesca e Shell britannica. Il potenziale di Switch deriva dall’impiego di rivoluzionari metodi di produzione di H₂ verde in termini di efficienza e di economicità e rispetto dell’ambiente, dichiara Matteo Testi, coordinatore del progetto e Direttore del HyRES Sustainable Energy Centre della Fondazione.

Switch è progettato per le stazioni di rifornimento, per la mobilità di auto a H₂ e altri veicoli, per le aziende interessate a decarbonizzare i propri processi e per tutti i settori che richiedono un approvvigionamento di H₂ continuo, sostenibile e sicuro. In 4 anni di ricerca, Switch ha dato vita a un sistema che soddisfa l’intermittenza dell’energia rinnovabile, potendo transitare celermente dalla modalità di funzionamento dell’elettrolisi alla cella a combustibile. È una cella reversibile a ossido solido, con duplice funzione di elettrolizzatore e di pila a combustibile. In modalità elettrolisi, utilizza l’elettricità prodotta da fonti rinnovabili per generare H₂ verde, scindendo H₂O in H₂ e O₂. In assenza di fonte rinnovabile, alimentato da gas o biometano, inverte il ciclo in pila a combustibile, trasformando il gas introdotto in H₂.

Switch genera con continuità H₂ pulito, elettricità, calore e una minima emissione di CO₂.

Obiettivi UE di produzione H₂. La Banca Europea dell’H₂, istituita da U.Von der Leyen, Presidente CE, ha il traguardo di riattivare gli investimenti nel settore dell’H₂ green. Grazie a H₂ Excellence, rete di formazione gratuita per le Pmi europee, sostiene la produzione  e l’importazione nell’UE di H₂ rinnovabile, in linea con gli obiettivi di transizione ecologica del Green Deal verso la neutralità climatica. In Europa, i rari impianti di H₂ producono 150 MW; obiettivo entro il 2030 è elevare la produzione europea a 40 GW e massima priorità è definire il quadro normativo per produzione e consumo dell’H₂. In Italia la corsa all’H₂ è partita con il Pnrr e a novembre 2023 a Pizzighettone (CR) H2 Energy ha realizzato il primo impianto low cost di H₂ verde. Il progetto è in piena armonia con gli obiettivi dell’Accordo di Parigi (Net Zero entro il 2050) e con la Direttiva Red III (consumi UE da rinnovabili almeno al 42,5% entro il 2030).

Pem, primo impianto italiano low cost per H₂ green. L’H₂ sostenibile e low cost è ricavato con uno speciale elettrolizzatore a membrana a scambio protonico, denominato Pem. Si tratta di un impianto modulare pre-assemblato, testato e installato in loco, in grado di produrre in modalità elettrolitica 1 MWh di H₂ verde, pari a 18kg/h, rimpiazzando circa 70 m³/h di metano. Significa che l’H₂ sostenibile viene prodotto senza inquinare, usando elettricità generata da rinnovabili nel ridotto spazio di un container. L’impianto punta sul cosiddetto load shifting, assorbimento di energia elettrica rinnovabile in eccesso, in modo da sfruttarla, ad esempio, per realizzare altri prodotti chimici (ammoniaca, urea e metanolo). L’impianto è stato installato in un laboratorio di Ricerca e Sviluppo in partnership con il Politecnico di Torino, l’Università Bicocca di Milano e altre Università italiane. È anche prevista la messa a punto di un impianto da 5 MW con il test di una nuova tecnologia Amse delle membrane alcaline (Alkaline Membrane Solid Electrolyte) brevettata nel 2023 e presentata in anteprima mondiale alla fiera di Hannover in previsione del lancio sul mercato nel 2025. In collaborazione con la Regione Lombardia, H2 Energy installerà un primo camino di capacità fino a 200 kW e ha in programma la costruzione di 20 impianti con elettrizzatori MW e multi-MW oltre a assumere l’incarico di capofila di una filiera industriale dell’energia verde.

Strategia italiana entro 2050, Il Governo ha delineato un percorso di 25 anni: obiettivi di breve, medio e lungo termine e i settori in cui verrà usato. Funzione rilevante è giocata dall’H₂. L’Italia cerca di posizionarsi in questa sfida e il 26 novembre il Ministero dell’Ambiente e della Sicurezza energetica (MASE) ha presentato la Strategia nazionale per H₂. Nel Rapporto MASE si legge:

Per raggiungere la decarbonizzazione, serve combinare insieme diverse fonti, aumentare le energie rinnovabili, sviluppare la Carbon Capture Storage, il biofuel, il biometano e, non ultimo, l’H₂, eventualmente affiancato anche dalla ripresa della produzione nucleare. Solo così, si potrà soddisfare la domanda a fronte di fonti non programmabili e intermittenti, con la capacità di trasportare grandi quantità di energia su lunghe distanze e a costi competitivi.

Futuro dell’H₂ in Italia. L’H₂, ribadito più volte da Fratin, Ministro del MASE, è una delle soluzioni fondamentali per aggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione, chiaramente delineato nel Piano Energia e Clima (Pniec) e deve portarci al Net Zero nel 2050. La strategia italiana punta sull’H₂ verde, ottenuto da fonti rinnovabili e non mancano i contributi degli altri tipi di H₂, l’H₂ blu, prodotto da fonti fossili ma con l’ombra della CO₂, e quello ottenuto da fonte nucleare. Un ruolo fondamentale per lo sviluppo della filiera dell’H₂ è giocato dalle infrastrutture di trasporto e di distribuzione. Il progetto italiano Southern Hydrogen Corridor (Corridoio SoutH2), di cui la dorsale italiana è parte integrante nell’European Hydrogen Backbone, dovrebbe fare dell’Italia un hub europeo dell’H₂, favorendo i flussi di importazione dal Nord Africa via pipeline e da altre zone anche via nave. L’accelerazione del progetto è maturata il 21 gennaio 2025, con la firma a Roma di Italia, Germania, Austria, Algeria e Tunisia in una dichiarazione d’intenti per sviluppare la rete di 3.300 km dal Nord Africa attraverso Italia, Austria e Germania (v. immagine iniziale). Per interesse l’H₂ sarà importato allo stato di ammoniaca, con criticità del trasporto in forma liquida.

Le 3 fasi della Strategia italiana per l’H₂. La Strategia nazionale per l’H₂ ipotizza 3 diversi orizzonti temporali, di breve, medio e lungo termine, dai quali derivano vari scenari da qui al 2050. Si stima una domanda nazionale di 6 – 12 Mtep ((Mton equivalenti di petrolio – 1 Tep = 11,63 MWh), ovvero una capacità per gli elettrolizzatori variabile fino ad alcune decine di Gtep. Fino al 2030 la domanda di H₂ sarà guidata dagli impegni europei della Red III nei settori industria e trasporti, mentre l’Italia ha già previsto di avviare un suo mercato dell’H₂, attraverso il Pnrr, che finanzierà anche i primi progetti di produzione di H₂, operativi entro il 2026. Il regolamento europeo Afir (Alternative Fuel Infrastructure, legato all’obiettivo Fit for 55), fissa al 2030 l’obbligo di una stazione di ricarica di H₂ ogni 200 km, una capacità giornaliera pari a 1 t H₂ /giorno e almeno un distributore a 700 bar [unità misura pressione] con Piani di sviluppo in UE nel 2027. Un primo lotto di stazioni è già stato finanziato con fondi Pnrr.

Breve termine (fino al 2030): avvio dei progetti. Il governo Meloni e quelli che seguiranno, almeno fino al 2030, saranno impegnati a sostenere la realizzazione di questi progetti, soprattutto nei settori industriale e mobilità, e in particolare con incentivi per abbattere il costo dell’H₂ sul supporto alla catena del valore fino all’utilizzatore finale, sulla normativa, sulle autorizzazioni ambientali e la sicurezza. Verranno sviluppate aree di produzione e consumo, l’Hydrogen Valley (Modena o Carbonia) con 3 progetti e investimenti per €45M del Fondo europeo di sviluppo regionale e del Pnrr. Il Governo ha in programma 52 valli dell’H₂. A livello locale: prime infrastrutture per il trasporto-logistica dell’H₂ e inizio produzione H₂ da fonti rinnovabili (ammoniaca e metanolo) per aumentare i Renewable Fuel of Non Biological Origin (RFNBO), combustibili liquidi o gassosi derivati da H₂ verde.

Medio termine (2030-2040): sviluppo del mercato. Tra il 2030-2040, l’obiettivo italiano è adempiere agli obblighi europei e al Pnrr per far nascere il mercato dell’H₂. È ipotizzata una crescita potenziale del settore basata anche su politiche di riduzione delle emissioni e sulla crescente disponibilità di tecnologie H2-ready. Si prevede un aumento della domanda di H₂ nei settori della mobilità su gomma pesante e a lungo raggio, del trasporto marittimo e aereo, dell’industria HTA (Health Technology Assessment – Analisi implicazioni medico-cliniche, organizzative, sociali, economiche, etiche e legali di una tecnologia).

Lungo termine (2040-2050): grandi quantità e infrastrutture. Nel 2050, con il Net Zero emissioni CO₂ e con azioni di centralizzazione, trasporto e distribuzione per collegare le centrali di produzione, le stime di H₂ toccheranno 30% dei consumi nei trasporti e 18% di quelli HTA. Potrà inserirsi anche nel bilanciamento reti (P2G e P2P) e nello stoccaggio di lungo periodo. L’Italia sarà un hub europeo di transito di H₂, con reti gas in Nord Africa e porti, su Tirreno e Adriatico, selezionati allo scopo.

Consumi H₂ entro 2050. Dagli scenari disegnati emerge una quota di consumi H₂ di 6,39 Mtep nel caso base, 9,08 Mtep nell’intermedio e 11,93 Mtep nell’alta diffusione.

Settori di impiego H₂. L’H₂ in Italia verrà usato soprattutto per il settore dei trasporti, in particolare trasporto merci e settori ferroviario, marittimo e aviazione. Il primo treno italiano a H₂, realizzato da Ferrovie Nord Mi, dal circuito di prova di Salzgitter, Germania, costruttore Alstom, è arrivato al deposito del nuovo impianto di manutenzione e rifornimento di H₂ di Rovato (BS).

I distributori di H₂ sulla rete stradale sono molto limitati. Oggi le stazioni di rifornimento di H₂ in funzione sono 2 a Bolzano, svincolo A22 Bolzano Sud, e a Venezia Mestre. Grazie al Pnrr sono stati stanziati fondi per almeno 40 stazioni da costruire entro il 2026. Le auto a H₂ in circolazione si contano sulla punta delle dita. L’H₂ continuerà ad essere impiegato anche per l’industria, e in particolare in siderurgia, fonderie ove potrebbe sostituire in parte i combustibili fossili utilizzati per la fusione del metallo, nel cemento, vetro, ceramica, carta e produzione di fertilizzanti.

Fonti: UEEuropean Hydrogen Backbone – Corridoio South H₂ e  ANSA La strategia italiana per diventare hub europeo per l’H₂

( consultazione: m.carraretto giornalista politico-economica -linkedin  gennaio/febbraio 2025;  le monde; uee – european hydrogen backbone; mondo energia; global power)