L’idrogeno è l’elemento più diffuso in natura, ma mai in forma elementare147,
proprio per questo non può essere direttamente usato, ma va prodotto/estratto utilizzando energia; in questo senso è un vettore energetico (come l’elettricità), classificato cioè come fonte energetica secondaria, ed il suo ottenimento è indipendente dalle fonti di energia primaria utilizzata per la sua “produzione” 148.
Rappresenta in fase iniziale una “formula energetica” intermedia e flessibile, sia a monte che a valle del processo di definizione di un modello energetico149, e può avere, in questo senso, diversi referenti. I metodi per produrre/estrarre idrogeno, infatti, sono innumerevoli: le rinnovabili attraverso cui produrre l’elettricità necessaria all’elettrolisi dell’acqua (e in questo caso si parla di “idrogeno verde”) per esempio; il gas naturale attraverso il processo di reforming del gas [CH4], il petrolio,
il carbone, l’uranio, le esalazioni geotermiche (costituite principalmente da idrogeno solforato [H2S]) ecc.150.
Il collegamento, preferenziale, tra i due vettori (elettricità e idrogeno) è l’elettrolisi dell’acqua, che trasforma un vettore energetico di uso comune (l’elettricità)151 in un altro vettore energetico di pregio (l’idrogeno) da stoccare152. Il gas di risulta (l’idrogeno appunto) essendo molto instabile, corrosivo ed
147 In natura, infatti, esiste solo in forma di molecola biatomica e mai a prescindere da un composto. 148 Bisogna specificare che è, in qualche maniera, improprio parlare di produzione; infatti, si tratta
propriamente di una sorta di processo di “estrazione” della molecola dell’idrogeno dal composto che si intende prendere come riferimento per la reazione chimica: si tratta di scindere un legame chimico/molecolare per ottenere da un composto (chimico) due elementi semplici (ed eventualmente altri composti) da separare (H2O oppure CH4 per esempio) ottenendo dalla reazione risultati diversi in
termini di emissioni (idrogeno, ossigeno e vapore acqueo per l’elettrolisi; idrogeno, anidride carbonica e monossido di carbonio per il reforming del gas).
149 Fondamentale per la definizione stessa della tecnologia.
150 Ovviamente l’idrogeno derivato da composti del carbonio necessita di un’ulteriore fase di
purificazione. Per un approfondimento, comunque, si rimanda all’appendice.
151
Caratterizzato da una rete di distribuzione molto estesa, ma con scarse possibilità di accumulo.
152
Caratterizzato da una grande versatilità che può essere facilmente accumulato per lunghi periodi e quando necessario riconvertito nel vettore di partenza attraverso le celle a combustibile.
infiammabile al solo contatto con l’aria, va trattato a basse temperature e stoccato in sicurezza in appositi contenitori a pressione molto alta e per essere utilizzato a scopi energetici necessita di una ulteriore tecnologia, le celle a combustibile (o fuel cells) che operando una riconversione chimica producono energia emettendo sostanzialmente solo acqua.
Proprio a partire da questa stretta interrelazione tra differenti tecnologie si definisce l’idrogeno non come una possibile forma di energia, bensì come una “formula energetica e tecnologica” che dà l’idea della stretta relazione che intercorre tra i vari addendi di una somma che comunque è diversa, per proprietà fisiche, chimiche, economiche e sociali, dal prodotto finale.
Le caratteristiche, sia tecniche sia economico/sociali prima descritte, in termini di sicurezza ma anche di costi, rendono la “formula tecnologica idrogeno” passibile di “feroci critiche”, fonte di scetticismo e diffidenza, ma anche di teorie al limite dell’utopia che rendono ancora più accesa la controversia.
Una delle questioni in campo, infatti, è se considerare la forma d’energia più elementare e diffusa nell’universo una risorsa condivisa di “proprietà” collettiva oppure una merce soggetta alle leggi del profitto e del mercato.
Scrive Rifkin (2002; 274):
“[…]Con il progressivo abbattimento del costo di produzione di energia dall’idrogeno, come sta già accadendo, il suo carattere di bene pubblico si accentua, dal momento che, a differenza dei combustibili fossili, è uniformemente disperso nell’ambiente in quantità illimitate[…]”.
Ovviamente, se l’idrogeno fosse una risorsa immediatamente disponibile senza alcun costo, la risposta sarebbe semplice; ma l’idrogeno pur essendo l’elemento più diffuso in assoluto non esiste in natura in una forma immediatamente disponibile e perciò sfruttabile, deve essere estratto da qualche altra fonte, come un combustibile fossile, una biomassa, un batterio o l’acqua utilizzando un altro vettore (l’elettricità), ed utilizzato attraverso una ulteriore tecnologia, le celle a combustibile, per generare ancora una volta elettricità. Proprio per questa ragione è solo la creatività dell’uomo, reificata nella tecnologia, che può estrarlo dal suo ambiente e sfruttarlo per generare
energia. Il processo di estrazione, a prescindere se esso avvenga per elettrolisi, attraverso lo steam reforming del gas, attraverso l’attività anaerobica di un’alga etc.., richiede un investimento ingente, sia in termini di tempo che di lavoro e capitale, e altrettanto accade per il suo stoccaggio e successivo utilizzo.
Il modo in cui si organizzerà e strutturerà la “generazione distribuita”153 sarà la pietra miliare della cosiddetta “economia all’idrogeno” (Rifkin, 2002).
Purtroppo questa è la proiezione, se pur auspicabile, di un futuro non troppo vicino, ma questo non vuol dire che l’idrogeno non possa, comunque, svolgere, almeno nelle primissime fasi della transizione, la funzione di “ibrido sociale/commerciale”, ossia assumere la forma di merce, ma nello stesso tempo aprirsi alla condivisione attraverso la cooperazione tra il pubblico ed il privato.
L’idrogeno (H2) può rappresentare una grande potenzialità come integratore
degli altri vettori energetici attualmente in uso, anche e soprattutto perché può essere prodotto senza effetti in termini di inquinamento atmosferico. Il rischio che però spesso si corre quando si affronta questo tema, è quello di guardare la produzione energetica da fonti rinnovabili154 e la produzione di idrogeno in un ottica di alterità (o….o) piuttosto che di complementarietà (e…..e), e dunque come possibili antagonisti.
Il discorso dell’idrogeno come vettore energetico appare ed è assolutamente più complicato, se da un lato è parzialmente ammissibile la critica secondo la quale produrre idrogeno a fini energetici è più costoso rispetto all’utilizzare le fonti rinnovabili per produrre energia elettrica, a costi relativamente più bassi, è assolutamente vero che non è possibile conservare nel tempo l’energia elettrica, se non utilizzando delle batterie, quindi il surplus energetico non può essere utilizzato in seguito, ma deve essere scaricato direttamente in rete. Utilizzando, invece, le fonti
153 Con la generazione distribuita, nella visione di Rifkin, ogni famiglia, impresa, quartiere o
comunità, diventerà un potenziale produttore di energia e preso come un dato che le celle a combustibile sono geograficamente distribuite laddove idrogeno ed elettricità vengono prodotti e consumati, in parte, con il surplus di idrogeno venduto come combustibile e di elettricità immessa nella rete elettrica, la capacità di aggregare in associazioni una cospicua quantità di utenti/produttori sarà di fondamentale importanza per lo sviluppo di una visione più democratica dell’energia.
154 Anche in virtù della relativa scarsa “stabilizzazione” delle tecnologie sottese allo sfruttamento delle
energetiche rinnovabili per produrre idrogeno a fronte di un costo, indubbiamente, superiore al momento, si ha il vantaggio di poter conservare il vettore comprimendolo in bombole ed utilizzandolo in seguito anche come “combustibile” attraverso delle fuel cells.
Le celle a combustibile e fonti sicure di approvvigionamento di idrogeno sono ben al di là da venire in termini di sviluppo di massa (anche se c’è da dire che qualche passo in avanti si sta facendo). D’altro canto anche per le fonti di energia rinnovabili il quadro è a dir poco scoraggiante. Per quanto riguarda l’energia totale generata da tutte le celle a combustibile in funzione nel mondo (circa 2000 megawatt) non riesce neanche a raggiungere la produzione energetica di due centrali a carbone. Le celle a combustibile applicate al settore dei trasporti, poi, sono ancora più costose di qualsiasi motore a trazione tradizionale (benzina o diesel che sia).
Breve storia dell’idrogeno
È nel primo trentennio del XX secolo che l’interesse per l’idrogeno cresce sempre di più, soprattutto in Germania, Inghilterra e Canada; basti pensare che la prima fornitura di celle elettrolitiche fu fatta già nel 1920 ad opera della canadese
Electrolyser Corporation Ltd, azienda leader per la produzione di idrogeno mediante elettrolisi già all’inizio del ‘900.
Nel 1923 John Burden Sanderson Halden durante una lezione all’università di Cambridge sostenne che l’idrogeno, prodotto dall’energia eolica mediante elettrolisi dell’acqua, liquefatto e compresso in bombole, sarebbe diventato il combustibile del futuro:
“L’idrogeno liquido – afferma Halden – in termini di peso è il modo più efficiente che si conosca per lo stoccaggio di energia, dato che fornisce a parità di volume tre volte tanto il calore del petrolio. D’altre parte, è però molto leggero e in termini di volume ha solo un terzo dell’efficienza del petrolio. Ma questo non sarebbe comunque un fattore negativo per il suo uso in aeronautica, dove il peso è più importante del volume. [….] ad una distanza appropriata (qui si riferisce agli impianti eolici delocalizzati che dovrebbero fornire l’energia) ci saranno grandi centrali elettriche in cui durante le giornate ventose l’elettricità in eccesso sarà usata per la
scomposizione elettrolitica dell’acqua in idrogeno ed ossigeno. Questi gas saranno liquefatti e conservati in serbatoi probabilmente interrati […] ed utilizzati nelle giornate senza vento per produrre altra energia elettrica mediante l’utilizzo di motori a scoppio che metteranno in funzione delle dinamo ” (Halden155, citato in Hoffmann 2002, 53).
Le idee erano “rivoluzionarie” ed il dibattito all’interno della comunità scientifica ed imprenditoriale fu accesissimo. Questo fervore rimase in auge in quasi tutto l’occidente fino alla fine della Seconda Guerra Mondiale.
La ricerca sul potenziale energetico dell’idrogeno fu, per esempio, particolarmente viva in Germania durante il totalitarismo nazista interessato ad un’economia autosufficiente e a ridurre la dipendenza tedesca dai combustibili fluidi importati sia per uso aeronautico che per il trasporto militare e civile156, ma anche negli Stati uniti, in Inghilterra ed in Australia; finita la guerra, però, con la vittoria degli Alleati ed il ritorno a carburanti a basso costo ed abbondanti, i progressi nel settore dell’idrogeno furono trascurati fino ad essere abbandonati completamente.
Fu attorno agli anni ’50 che l’interesse per l’idrogeno come vettore energetico si rinnovò grazie agli studi di uno scienziato inglese, Francis T. Bacon, che sviluppò una cella a combustibile idrogeno-aria avrebbe trovato particolare significato per il programma aerospaziale americano.
La crisi petrolifera del 1973 rafforzò nell’opinione scientifica americana, ma non solo americana, l’idea di una possibile transizione energetica, tanto che nello stesso anno si tenne a Miami la prima Conferenza Internazionale sull’Idrogeno che aveva per oggetto il nascere di un’Associazione Internazionale per l’Energia ad Idrogeno (International Association for Hydrogen Energy)157.
Nel 1975, in seguito alla pubblicazione di un elettrochimico australiano (John Bockris) nella quale affermava che un’economia all’idrogeno avrebbe avuto un
155
J.B.S. Halden, Daedalus or Science and the Future, Dutton, 1925
156 A metà degli anni trenta del novecento Erren, ingegnere capostipite di una delle maggiori aziende
impegnate in progetti di motori parzialmente alimentati ad idrogeno (si ricorda il motore o modello a carburanti multipli di Erren) e Weil, ingegnere direttore tecnico di Erren negli anni trenta, proposero al governo nazista la trasformazione di buona parte dei motori a combustione interna militari nel modello di carburanti multipli di Erren, che permetteva, utilizzando l’idrogeno come additivo, di ottenere dei veicoli ibridi a doppia combustione. Per un maggiore approfondimento si rimanda a Hoffmann (2002) pp. 49-79.
157Nonostante gli entusiasmi ed un folto seguito per i cosiddetti “romantici dell’idrogeno”, almeno in
prima fase in buona parte del globo, dall’Europa agli USA, dal Giappone alla Russia, ma già nella prima metà degli anni ’80 i proseliti della cosiddetta “economia all’idrogeno” rimasero in pochi e sparpagliati in paesi e continenti diversi con difficoltà di comunicazione grandissime.
grande significato sia in termini economici che ambientali158, cominciò a prendere piede l’idea di un’economia basata sull’idrogeno derivato dal solare. Il 1987 fu l’anno nero per il vettore idrogeno.
In ogni modo la ricerca e lo sviluppo sulle potenzialità dell’idrogeno hanno continuato il loro cammino, certo con lentezza, ma tutto sommato dei progressi si registravano; basti ricordare ad esempio che nel 1990 presso Solar-Wasserstoff-
Bayern, un centro di ricerca e di sperimentazione, in Germania meridionale, diventa operativo il primo impianto sperimentale mondiale per la produzione di idrogeno da energia solare; e che tutte le case automobilistiche in fasi diverse (dalla DaimlerChrysler alla Toyota, dalla Mercedes alla Ford) hanno comunque tentato alla fine degli anni ’90 di presentare prototipi di automobili con celle combustibili alimentate ad idrogeno a basso consumo e non inquinanti159.
Oggi con lo spettro dell’esaurimento delle riserve di petrolio, le proiezioni non troppo esaltanti sulle riserve di gas naturale e carbone, ma soprattutto per problemi di inquinamento, vivibilità dei centri urbani, il mutamento climatico in corso dovuto all’aumento esponenziale di gas serra nell’atmosfera e le crisi geopolitiche che attraversano il XXI secolo dovute anche alla forte dipendenza dei paesi occidentali dal petrolio arabo (a partire dall’attacco terroristico dell’11 Settembre 2001), si è riaperto il dibattito (controversia) sulla necessità di una transizione energetica basata anche sull’utilizzo del vettore idrogeno come potenziale sostituto dei combustibili liquidi; il problema reale rimane essenzialmente, però, da quale fonte primaria partire per la sua produzione/estrazione e quale ottica di cambiamento ad esso si relaziona.
158 La General Motors di cui Bockris in quegli anni era consulente fece all’epoca molti esperimenti
sull’idrogeno, senza però attribuirgli grande importanza. Negli anni ’70 uno scienziato italiano, Cesare Marchetti, che già aveva lavorato all’ENI e che all’epoca era a capo della Divisione materiali del centro di ricerca per l’energia atomica per la Comunità Europea ad Ispra (Varese), espose pubblicamente il suo interesse per l’idrogeno come combustibile durante una lezione alla Conell University, prospettando l’utilizzo dell’energia nucleare al fine della sua produzione (Hoffmann, 2002).
159 Ad esempio la monovolume NECAR II della Daimler Chrysler presentata nel 1996, così come