Idrogeno in Cina: La Sfida tra Costi e Ambiente per un Futuro Verde. Ce la Faranno?

Amici appassionati di futuro e sostenibilità, mettetevi comodi perché oggi vi porto nel cuore di una delle sfide energetiche più affascinanti del nostro tempo: la produzione di idrogeno. E non in un posto qualsiasi, ma in Cina, il gigante che sta ridisegnando gli equilibri globali anche in campo energetico. Ho dato un’occhiata a uno studio freschissimo che analizza la competitività economica e ambientale di vari metodi per produrre idrogeno in ben 31 province cinesi. Credetemi, i risultati sono illuminanti e ci dicono molto su quale strada prenderà l’idrogeno, non solo lì, ma potenzialmente in tutto il mondo.

L’Idrogeno: Rockstar dell’Energia Pulita (ma con qualche capriccio)

L’idrogeno, lo sappiamo, è considerato una specie di jolly per la decarbonizzazione. È versatile, abbondante (seppur “nascosto” nell’acqua o negli idrocarburi) e quando lo usi non emette CO2. Un sogno, no? Beh, quasi. Il “come” lo produci fa tutta la differenza del mondo. Attualmente, la Cina è il più grande produttore mondiale di idrogeno, superando i 50 milioni di tonnellate. Impressionante, vero? Peccato che l’81% di questo idrogeno provenga da fonti fossili, principalmente carbone (62%) e gas naturale (19%). Questo significa che, per ora, gran parte dell’idrogeno cinese non è esattamente “verde”. Solo un misero 1% deriva dall’elettrolisi dell’acqua, il metodo che, se alimentato da rinnovabili, ci darebbe l’idrogeno pulito che tanto desideriamo.

Lo studio che ho analizzato mette a confronto diverse tecnologie:

• Elettrolisi dell’acqua connessa alla rete elettrica (WE1)
• Elettrolisi dell’acqua con un mix di fotovoltaico e rete (WE2)
• Elettrolisi dell’acqua con una quota fissa di energia rinnovabile (WE3)
• Elettrolisi dell’acqua completamente off-grid, solo da rinnovabili (WE4)

E le confronta con i metodi tradizionali:

• Gassificazione del carbone (CG), con e senza cattura del carbonio (CCUS)
• Reforming del metano (SMR), con e senza CCUS
• Produzione da sottoprodotti industriali (IBP)

L’obiettivo? Capire qual è il più conveniente (in termini di costo livellato dell’idrogeno, o LCOH) e il più pulito (in termini di emissioni di CO2 nel ciclo di vita, o LCCE).

Costi Attuali: Un Panorama a Macchia di Leopardo

Partiamo dai costi, perché, ammettiamolo, il portafoglio ha sempre la sua importanza. Attualmente, produrre idrogeno tramite elettrolisi in Cina costa di più rispetto ai metodi tradizionali. I sistemi WE1 e WE2, quelli connessi alla rete, hanno un LCOH che varia parecchio: da 4,6 $/kg H2 fino a 7,9 $/kg H2. Le zone più care? Le aree costiere orientali e meridionali. Le più economiche? Le regioni occidentali e settentrionali. Questo dipende molto dal costo dell’elettricità e dalla disponibilità di sole per il fotovoltaico.

Interessante notare che in 18 province, tra cui Pechino, Shanghai e il Guangdong, combinare fotovoltaico e rete (WE2) è già più conveniente che affidarsi solo alla rete (WE1). Un piccolo passo avanti! Ma la vera mazzata economica arriva con i sistemi WE3 e soprattutto WE4 (quello 100% rinnovabile e off-grid). Quest’ultimo schizza a costi tra i 7,3 e i 14,8 $/kg H2. Perché? Perché per garantire una produzione costante senza rete, servono impianti fotovoltaici più grandi, più batterie per l’accumulo e serbatoi di idrogeno più capienti. Insomma, tanti investimenti.

Un altro dato che salta all’occhio è che l’introduzione di tariffe elettriche basate sull’orario di utilizzo (time-of-use) può dare una bella sforbiciata ai costi dei sistemi connessi alla rete, riducendo l’LCOH fino a 0,90 $/kg H2. Non male!

Se confrontiamo con i metodi “sporchi”, il reforming del metano (SMR) in Mongolia Interna, Qinghai e Xinjiang è il più economico in assoluto (da 1,3 $/kg H2). Nelle altre province, l’idrogeno da sottoprodotti industriali (IBP) batte tutti per convenienza. Quindi, dal punto di vista puramente economico, l’elettrolisi oggi arranca.

E l’Ambiente? Qui le Cose si Fanno Interessanti

Passiamo ora all’impronta di carbonio (LCCE). Qui la situazione si ribalta, o quasi. I sistemi di elettrolisi connessi alla rete (WE1 e WE2) hanno emissioni molto variabili, da 5,2 a ben 59,3 kg CO2/kg H2 per WE1! Questo perché se la rete elettrica è alimentata a carbone (come in molte province del nord della Cina), l’idrogeno prodotto sarà tutt’altro che verde. Infatti, in queste zone, le emissioni dell’elettrolisi da rete sono superiori persino a quelle della gassificazione del carbone!

Tuttavia, ci sono delle eccezioni virtuose. In province come Qinghai, Tibet, Sichuan e Yunnan, dove la rete ha già una forte componente rinnovabile, l’elettrolisi connessa alla rete mostra vantaggi ambientali significativi, con emissioni inferiori persino alla gassificazione del carbone con cattura della CO2 (CG+CCUS) e ai sottoprodotti industriali. Queste sono le aree dove puntare subito sull’elettrolisi da rete ha senso.

Ma il vero campione di sostenibilità è, prevedibilmente, il sistema WE4 (off-grid e 100% rinnovabile). Le sue emissioni sono bassissime, al massimo 2,37 kg CO2/kg H2, dovute solo alla produzione dei pannelli fotovoltaici. Un taglio drastico rispetto a qualsiasi altra tecnologia!

Lo studio evidenzia che, per raggiungere un obiettivo del 15% di idrogeno rinnovabile (come previsto dalla China Hydrogen Alliance per il 2030), la Cina dovrebbe investire circa 46,1 miliardi di dollari. Questo porterebbe a una riduzione cumulativa delle emissioni di 61,9 milioni di tonnellate di CO2. Le province con la maggiore domanda di idrogeno (Guangdong, Jiangsu, Shandong) richiederebbero gli investimenti maggiori e otterrebbero le riduzioni assolute più grandi, ma non necessariamente i tassi di riduzione più alti. Questi ultimi si vedrebbero in regioni ricche di fotovoltaico e con reti già pulite, come Qinghai e Tibet.

Uno Sguardo al Futuro: Quando l’Idrogeno Verde Diventerà Competitivo?

E qui arriviamo al succo, amici. Le proiezioni dello studio sono davvero intriganti. Con la diminuzione dei costi delle tecnologie rinnovabili e degli elettrolizzatori, e l’aumento dei costi delle emissioni di CO2 per le fonti fossili, il panorama è destinato a cambiare radicalmente.

Entro il 2035, si prevede che l’LCOH del sistema WE4 (off-grid) scenderà al di sotto di quello degli altri sistemi di elettrolisi (WE1, WE2, WE3). Questo significa che produrre idrogeno 100% verde e in autonomia potrebbe diventare la scelta economicamente più vantaggiosa tra le opzioni di elettrolisi.

Ma la vera svolta potrebbe arrivare tra il 2045 e il 2050. In questo periodo, l’LCOH del sistema WE4 potrebbe scendere a circa 2,2 $/kg H2. A questo punto, diventerebbe non solo più economico della produzione da carbone con CCUS, ma addirittura la via più economica in assoluto per produrre idrogeno, superando anche i sottoprodotti industriali!

E se ci mettessimo degli incentivi? Lo studio ha simulato tre tipi di sussidi:

1. Sconto del 50% sul prezzo dell’elettricità.
2. Incentivi del 50% sull’investimento per progetti a basse emissioni.
3. Sussidio diretto del 50% sul costo di produzione dell’idrogeno.

Ebbene, questi incentivi potrebbero anticipare la competitività dell’idrogeno verde di 5-15 anni! In particolare, gli incentivi alla riduzione del carbonio e i sussidi alla produzione potrebbero far sì che il sistema WE4 diventi il più economico e pulito molto prima del previsto.

Strategie Differenziate: Non C’è una Soluzione Unica

Cosa ci insegna tutto questo? Che la strada verso l’idrogeno verde è lastricata di sfide, ma anche di enormi opportunità. La Cina, con le sue immense differenze regionali in termini di risorse rinnovabili, prezzi dell’energia e mix della rete elettrica, dovrà adottare un approccio differenziato e per fasi.

Nel breve termine:

• Dare priorità all’idrogeno da sottoprodotti industriali, specialmente nelle province costiere orientali con infrastrutture mature e grande domanda (Shandong, Jiangsu, Zhejiang). Questo aiuta a creare un mercato.
• Sviluppare strategicamente sistemi di elettrolisi connessi alla rete (WE1/WE2) in regioni con energia pulita a basso costo (Qinghai, Tibet, Sichuan, Yunnan).
• Avviare progetti dimostrativi di sistemi di elettrolisi off-grid (WE4).

Nel lungo termine:

• Espandere i sistemi di elettrolisi off-grid (WE4) su scala nazionale, con sussidi mirati nelle regioni dove dimostrano una forte redditività economica.

Questo approccio non solo minimizzerebbe i costi iniziali e le emissioni, ma contribuirebbe anche ad aumentare la quota di energie rinnovabili, aiutando la Cina a raggiungere il suo obiettivo di neutralità carbonica entro il 2060.

Certo, lo studio riconosce alcune limitazioni, come l’incertezza nella generazione fotovoltaica o i limiti di materie prime e suolo. E c’è la grande questione del trasporto dell’idrogeno: come portare l’idrogeno verde prodotto in regioni remote e ricche di rinnovabili verso i centri di consumo? Questo sarà l’argomento di studi futuri.

In conclusione, la partita dell’idrogeno in Cina è appena iniziata, ma le prospettive sono entusiasmanti. Se le proiezioni si avvereranno e le politiche giuste verranno implementate, potremmo assistere a una vera e propria rivoluzione verde, con l’idrogeno da elettrolisi off-grid che diventa il protagonista indiscusso. E questo, amici miei, sarebbe una notizia fantastica per l’intero pianeta.

Fonte: Springer