Come funzionano i trasporti a idrogeno?
Nel viaggio diretto verso la transizione e l’energia pulita, sono tanti i fattori che possono incidere: la mobilità potrebbe essere una delle risorse. Il trasporto pubblico, in particolare su ruote e rotaie, necessità di essere decarbonizzato per far sì che ci si possa spostare in maniera sostenibile e non impattare sulla salute del Pianeta.
In questo senso l’idrogeno verde può essere una fonte energetica pulita e un rifornimento per i treni, agevolando la riduzione della quantità di anidride carbonica nell’atmosfera. In Europa sono già partite le prime sperimentazioni per i treni a idrogeno che saranno un banco di prova per l’Italia. In questa fase, l’idrogeno rappresenta una fonte cruciale anche per il trasporto pubblico. Ma raggiungere questi obiettivi su larga scala non è semplice.
L’idrogeno rappresenta solo una delle soluzioni che Bruxelles propone come risposta alla riduzione delle emissioni nel settore dei trasporti. L’obiettivo della Commissione europea è quello di ampliare questa rete di infrastrutture che attualmente sono in numero molto esiguo. La domanda adesso è se l’idrogeno sia o meno una soluzione praticabile per combattere i cambiamenti climatici.
Trasporto idrogeno: come funziona?
Nell’Unione Europea il settore dei trasporti produce il 27% delle emissioni di gas serra e la European Sustainable and Smart Mobility Strategy, firmata dalla Commissione Europea, punta alla decarbonizzazione dell’intero settore. Quest’ultimo contribuisce al 5% del Pil europeo e dà lavoro a 10 milioni di persone. Per arrivare alla completa neutralità carbonica nel 2050, il primo passaggio per il trasporto sarebbe avere 30 milioni di veicoli a emissioni zero (80.000 camion) entro il 2030.
L’idrogeno avrà un ruolo chiave in questo processo: le soluzioni tecnologiche transizionali dovrebbero rispettare appieno le norme in materia di CO2 e inquinamento. Anche il trasporto ferroviario dovrà essere ulteriormente elettrificato anche attraverso l’uso dell’idrogeno.
L’utilizzo dell’idrogeno nei trasporti si sta evolvendo: nel comparto aereo, a esempio, il gigante europeo Airbus ha annunciato la volontà di eliminare le emissioni di carbonio dai viaggi aerei entro il 2035 con ZEROe. Secondo l’Environmental and Energy Study Institute “nonostante un significativo miglioramento dell’efficienza degli aeromobili il trasporto aereo di passeggeri è il settore responsabile della crescita di emissioni individuali più elevata e più rapida”. ZEROe può aprire quindi la strada a viaggi aerei più ecologici, riducendo l’impronta di carbonio del settore aeronautico di oltre il 50%.
Anche la ferrovia si dirige verso la decarbonizzazione del settore. Alcuni Paesi stanno valutando la possibilità di usare treni alimentati da celle a combustibile a idrogeno. I treni sono dotati di celle a combustibile per convertire l’idrogeno e l’ossigeno presenti nell’aria in elettricità e hanno un’autonomia di circa 1.000 km. I treni sono un mezzo adatto per sviluppare un trasporto privo di emissioni di carbonio: l’idrogeno non richiede la realizzazione di una infrastruttura elettrica, ma consente ai treni di circolare sull’infrastruttura ferroviaria esistente. L’idrogeno è pulito e silenzioso quanto l’elettricità, ma meno costoso, per questo molte aree negli Stati Uniti e in Europa, sono ideali per l’introduzione di treni alimentati in questo modo.
Per il trasporto su gomma, per sostituire la benzina e il diesel, le alternative più promettenti sono l’elettrico e l’idrogeno. È un pensiero comune che l’idrogeno sia fondamentale per riuscire a azzerare le emissioni nei trasporti pubblici e ridurre l’inquinamento atmosferico e città come Parigi, Città del Messico e Amsterdam pianificano di sostituire i propri autobus e camion attuali con modelli a idrogeno o a batteria già nel 2025.
La produzione attuale di idrogeno è quasi interamente alimentata da combustibili fossili, con solo il 4% dell’energia proveniente da fonti rinnovabili.
Treno a idrogeno: cos’è?
Nella mobilità sostenibile, i treni a idrogeno nel dettaglio rappresentano l’evoluzione ecologica dei mezzi di trasporto su rotaie alimentati solitamente dai combustibili fossili. Questa nuova tecnologia di trasporto permette ai treni di muoversi utilizzando interamente energia pulita, grazie all’idrogeno verde, fonte a zero emissioni, rinnovabile e anche molto efficiente.
I treni a idrogeno garantiscono un’alta performance grazie alla capacità di trasportare molta energia per ogni chilo di carburante, risparmiando in un anno 4.400 tonnellate di emissioni di CO2.
Ma come funzionano effettivamente i treni a idrogeno? Motore di tutto è una cella a combustione, installata sul tetto del convoglio, che permette di miscelare l’idrogeno situato nei serbatoi con l’ossigeno presente nell’ambiente. Questa mobilità è 100% green perché le uniche emissioni che il treno emette sono vapore e acqua di condensa, due delle componenti che si producono dall’incontro dell’idrogeno con l’ossigeno nella cella a combustione.
Svantaggi e vantaggi
L’abbattimento delle emissioni di gas serra di circa il 40% è uno dei principali vantaggi dei treni a idrogeno che aprono uno scenario nuovo sul mondo dei trasporti. Inoltre, andando oltre l’idrogeno verde e arrivando a quello grigio si garantirebbe comunque meno inquinamento rispetto ai motori a gasolio che operano sulle rotaie.
Un altro beneficio è il rifornimento, fare il pieno di idrogeno in futuro sarà velocissimo, pochi minuti per ricaricare i convogli, in grado di rimanere attivi per 18 ore consecutive prima di doversi fermare.
In alcuni Paesi europei, come la Germania, i treni passeggeri a idrogeno sono già una realtà e utilizzati regolarmente dai viaggiatori. Nel Regno Unito e in Francia sono state fatte alcune proposte per sostituire completamente i treni diesel e in Italia, fino a metà delle tratte nazionali non elettrificabili potrebbe essere convertita all’idrogeno entro il 2030.
Come si può produrre l’idrogeno?
Non è difficile trovare e produrre idrogeno, elemento abbondante in natura. Attualmente circa il 3% del consumo energetico mondiale viene utilizzato per produrre idrogeno. Allo stato libero, a pressione atmosferica e temperatura ambiente l’idrogeno si trova sotto forma di gas biatomico, è incolore, inodore, insapore e altamente infiammabile. Viene utilizzato come materia prima nei processi di produzione industriale, dell’ammoniaca, fertilizzanti e nelle applicazioni di raffinazione di petrolio, è prodotto quasi interamente da combustibili fossili, attraverso la gassificazione del carbone o lo steam reforming del gas naturale. Ci sono vari metodi di produzione dell’idrogeno anche “puliti”, tra cui l’elettrolisi dell’acqua che utilizza l’elettricità prodotta da fonti energetiche rinnovabili.
L’idrogeno è generalmente classificato con colori diversi in base del processo con il quale viene prodotto:
- grigio, prodotto dal processo di steam reforming del metano (Smr) o dalla gassificazione del carbone, con elevate emissioni di anidride carbonica;
- blu, prodotto dallo Smr o dalla gassificazione del carbone in presenza di sistemi di abbattimento delle emissioni inquinanti di anidride carbonica quali le tecnologie di cattura e utilizzo o confinamento della CO2 (CCUS);
- verde, prodotto attraverso elettrolizzatori alimentati con energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili.
Un futuro a basse emissioni spinge ovviamente verso un crescente l’interesse per l’utilizzo di idrogeno a basse emissioni di anidride carbonica in varie applicazioni: le celle a combustibile per il trasporto aereo e terrestre a lunga distanza; lo stoccaggio di energia; il buffering di potenza per supportare una maggiore penetrazione delle energie rinnovabili nelle reti elettriche, chimiche, siderurgiche; l’utilizzo diretto nei motori a combustione o nelle turbine a gas.
I 3 principali processi di produzione di idrogeno quindi sono il reforming del gas naturale, la gassificazione del carbone e l’elettrolisi dell’acqua.
Un vantaggio per la produzione di idrogeno è sicuramente il costo, ma bisogna distinguere dai tipi di produzione. La produzione di idrogeno blu ha un costo inferiore rispetto all’idrogeno prodotto dall’elettrolisi dell’acqua e secondo alcune stime potrebbe ridursi ulteriormente di un 10-15% nei prossimi anni. L’idrogeno prodotto da elettrolisi può costare fino a 3 volte in più, potrebbe essere competitivo solo nelle regioni in cui è possibile avere energia rinnovabile a basso costo.
Visti i costi di produzione altalenanti, l’idrogeno deve essere impiegato solo se è la migliore soluzione per ridurre le emissioni inquinanti, visti anche gli obiettivi dell’Europa di decarbonizzazione entro il 2050.
La produzione di idrogeno da carbone è la tecnologia più matura e sarà utile durante la prima fase della transizione energetica, negli anni dovrà essere soppiantata da tecnologie meno impattanti sull’ambientale, come per esempio gli elettrolizzatori alimentati con energia elettrica prodotta da fonti di energia rinnovabile.
Ora, anche la Sicilia vuole puntare sull’idrogeno verde: la Regione Sicilia ha pubblicato un bando (da 40 milioni) per realizzare impianti di produzione d’idrogeno rinnovabile. I progetti dovranno essere in grado di riconvertire aree industriali non più utilizzate per trasformarli in centri di produzione e distribuzione. Il bando beneficerà delle risorse Pnrr e metterà a disposizione un massimo di 20 milioni di euro per ogni proposta.
