Una delle maggiori sfide climatiche del mondo è la decarbonizzazione degli usi dell'energia fossile che non possono essere elettrificati direttamente utilizzando l'energia rinnovabile. Tra i cosiddetti settori "difficili da abbattere" (HTA) ci sono le principali industrie che fanno affidamento sui combustibili fossili, sia per l'energia ad alta temperatura che per le materie prime chimiche. Questi includono ferro e acciaio, cemento, prodotti chimici e materiali da costruzione, insieme responsabili di circa il 30% della CO₂ annuale mondiale emissioni.

Un altro settore dell'HTA è il trasporto pesante come autotrasporti e spedizioni, che è più difficile da elettrificare rispetto al trasporto passeggeri perché richiederebbe enormi batterie che si aggiungono al peso del veicolo e richiedono molto tempo per caricarsi.

Mentre i paesi esaminano i percorsi verso la decarbonizzazione, quelli relativamente ricchi come gli Stati Uniti e gran parte dell'Europa stanno perseguendo strategie incentrate sulla generazione di energia rinnovabile e sui veicoli elettrici. La Cina deve affrontare sfide significativamente diverse a causa di un profilo distintivo delle emissioni di carbonio derivante dal ruolo molto più ampio che le industrie pesanti HTA svolgono nella sua economia.

Nuova ricerca pubblicata su Nature Energy esamina come la Cina, di gran lunga il più grande produttore di ferro, acciaio, cemento e materiali da costruzione, possa potenzialmente utilizzare idrogeno pulito ("idrogeno verde" e "blu") per decarbonizzare i settori HTA e aiutare a raggiungere i suoi impegni di decarbonizzazione 2030 e 2060 . L'idrogeno verde è prodotto dalla scissione delle molecole d'acqua:H₂ O—utilizzando elettricità rinnovabile, mentre l'idrogeno blu viene prodotto in modo convenzionale, da combustibili fossili, ma combinato con la cattura e lo stoccaggio del carbonio.

Il nuovo documento dell'Harvard-China Project on Energy, Economy and Environment, un programma di ricerca collaborativa tra Stati Uniti e Cina con sede presso la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, è il primo studio fino ad oggi che utilizza un approccio di modellazione integrato per valutare il potenziale utilizzo dell'idrogeno pulito nel sistema energetico e nell'economia cinese, al fine di raggiungere il suo obiettivo di zero netto per il 2060.

"Colmare questa lacuna nella ricerca aiuterà a tracciare una tabella di marcia più chiara per la CO₂ cinese riduzioni delle emissioni", spiega l'autore principale del documento Xi Yang, ricercatore presso l'Harvard-China Project. "Il nostro obiettivo con questo studio era immaginare un ruolo per l'idrogeno pulito nell'economia energetica cinese, che può quindi fornire un riferimento per altri economie con grandi settori dell'industria pesante e dei trasporti."

Lo studio ha valutato tre domande:quali sono le sfide chiave della decarbonizzazione dei settori HTA? Quali sono i ruoli potenziali dell'idrogeno pulito sia come vettore energetico che come materia prima nei settori HTA? E l'applicazione diffusa dell'idrogeno pulito nei settori HTA sarebbe conveniente rispetto ad altre opzioni?

Per analizzare l'efficacia in termini di costi e il ruolo dell'idrogeno pulito nell'intera economia cinese, con un'enfasi sui settori HTA poco studiati, il team ha costruito un modello di sistema energetico integrato che includa domanda e offerta in tutti i settori. I risultati mostrano che un'applicazione diffusa dell'idrogeno pulito nei settori HTA può aiutare la Cina a raggiungere la neutralità del carbonio in modo economicamente vantaggioso rispetto a uno scenario senza produzione e utilizzo di idrogeno pulito. L'idrogeno pulito può far risparmiare 1,72 trilioni di dollari in costi di investimento ed evitare una perdita dello 0,13% del PIL aggregato (2020-2060) rispetto a un percorso senza di esso.

I ricercatori hanno anche esaminato il tipo di idrogeno pulito, verde o blu, che sarebbe più conveniente. Il loro studio indica che il costo medio dell'idrogeno verde cinese può essere ridotto a 2 $/kg di idrogeno entro il 2037 ea 1,2 $/kg entro il 2050, quando sarà molto più conveniente dell'idrogeno blu (1,9 $/kg).

"La Cina ha ricche risorse non sfruttate di energia solare ed eolica, sia onshore che offshore", spiega Chris P. Nielsen, coautore dell'articolo e direttore esecutivo dell'Harvard-China Project. "Queste risorse offrono alla Cina vantaggi nello sviluppo di idrogeno verde da utilizzare nei suoi settori industriali e dei trasporti".

E sebbene la decarbonizzazione di settori così difficili da abbattere sia fondamentale per l'azione per il clima, potrebbe avere ulteriori vantaggi. Nuovi mercati per l'idrogeno verde potrebbero anche aiutare la transizione del sistema elettrico alle fonti rinnovabili. Nielsen spiega che la produzione di idrogeno verde farebbe questo fornendo una forma relativamente flessibile di domanda di elettricità che non deve essere soddisfatta istantaneamente, come la maggior parte dei carichi di elettricità. Invece spesso può essere programmato, almeno in tempi brevi. Tale flessibilità della domanda è preziosa per i gestori di rete, aiutandoli a soddisfare la variabilità intrinseca delle fonti di energia rinnovabile poiché sono influenzate dalle mutevoli condizioni meteorologiche. + Esplora ulteriormente

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