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I combustibili a base di idrogeno dovrebbero essere utilizzati principalmente in settori come l'aviazione o i processi industriali che non possono essere elettrificati, trova un team di ricercatori. La produzione di questi combustibili è troppo inefficiente, costose e la loro disponibilità troppo incerta, per sostituire ampiamente i combustibili fossili, ad esempio nelle automobili o nel riscaldamento delle case. Per la maggior parte dei settori, l'utilizzo diretto dell'elettricità, ad esempio nelle auto elettriche a batteria o nelle pompe di calore, ha più senso dal punto di vista economico. Affidarsi invece universalmente a combustibili a base di idrogeno e mantenere le tecnologie di combustione minaccia di bloccare un'ulteriore dipendenza dai combustibili fossili e le emissioni di gas serra.
"I combustibili a base di idrogeno possono essere un ottimo vettore di energia pulita, ma grandi sono anche i loro costi e i rischi associati, ", afferma l'autore principale Falko Ueckerdt dell'Istituto di Potsdam per la ricerca sull'impatto climatico (PIK). "I combustibili basati sull'idrogeno come soluzione climatica universale potrebbero essere un po' una falsa promessa. Sebbene siano meravigliosamente versatili, non ci si dovrebbe aspettare che sostituiscano ampiamente i combustibili fossili. I combustibili a base di idrogeno saranno probabilmente scarsi e non competitivi per almeno un altro decennio. Scommettere sul loro uso ad ampio raggio aumenterebbe probabilmente la dipendenza dai combustibili fossili:se ci aggrappiamo alle tecnologie di combustione e speriamo di alimentarle con combustibili a base di idrogeno, e questi risultano troppo costosi e scarsi, poi finiremo per bruciare ulteriormente petrolio e gas ed emettere gas serra. Ciò potrebbe mettere in pericolo gli obiettivi climatici a breve e lungo termine".
Priorità ad applicazioni come l'aviazione e la produzione di acciaio
"Dovremmo quindi dare la priorità a quei preziosi combustibili a base di idrogeno alle applicazioni per le quali sono indispensabili:aviazione a lunga distanza, materie prime nella produzione chimica, produzione di acciaio e potenzialmente alcuni processi industriali ad alta temperatura, ", afferma Ueckerdt. "Questi sono settori e applicazioni che difficilmente possiamo elettrificare direttamente". I ricercatori identificano un "ordine di merito della domanda di idrogeno e di e-fuel":una priorità su dove utilizzare questi nuovi combustibili.
Il cosiddetto idrogeno verde viene prodotto attraverso un processo chiamato elettrolisi. Per rompere le molecole d'acqua H2O stabili in idrogeno e ossigeno, è necessaria molta elettricità. L'idrogeno può quindi essere utilizzato per sintetizzare combustibili idrocarburici aggiungendo carbonio da CO 2 . Gli elettrocarburanti o e-combustibili risultanti sono più facili da immagazzinare e trasportare rispetto all'elettricità o all'idrogeno puro. "Più importante, i combustibili elettronici possono essere bruciati in processi e motori di combustione convenzionali e quindi sostituire direttamente i combustibili fossili, "dice Gunnar Luderer, coautore del paper. "Però, data la loro limitata disponibilità, sarebbe sbagliato pensare che i fossili possano essere completamente sostituiti in questo modo".
Guidare un'auto con carburanti a base di idrogeno richiede cinque volte più energia di un'auto elettrica a batteria
"Attualmente siamo lontani dall'elettricità rinnovabile al 100%, quindi è fondamentale utilizzarla in modo efficiente. Tuttavia, se usiamo combustibili a base di idrogeno invece di alternative di elettrificazione diretta, è necessaria da due a quattordici volte la quantità di elettricità prodotta, a seconda dell'applicazione e delle rispettive tecnologie, ", afferma il coautore Romain Sacchi dell'Istituto Paul Scherrer. "Le perdite di efficienza si verificano sia dal lato dell'offerta, nel processo di produzione dei combustibili a base di idrogeno, e dal lato della domanda:un motore a combustione spreca molta più energia di uno elettrico."
"Bassa efficienza energetica causa una fragile efficacia climatica, " dice Sacchi. "Se prodotto con le attuali miscele elettriche, i combustibili a base di idrogeno aumenterebbero, non diminuirebbero, le emissioni di gas serra. Per il mix elettrico tedesco nel 2018, l'utilizzo di combustibili a base di idrogeno nelle automobili, camion o aerei produrrebbero da tre a quattro volte più emissioni di gas serra rispetto all'utilizzo di combustibili fossili." Al contrario, le auto o i camion elettrici causano emissioni di gas serra paragonabili o inferiori a quelle delle auto diesel o benzina già basate sui mix di elettricità odierni nella maggior parte dei paesi, i ricercatori mostrano sulla base di un'analisi completa del ciclo di vita dalla culla alla tomba che include anche quelle emissioni associate alla produzione della batteria.
"Solo per i sistemi di alimentazione veramente rinnovabili i combustibili a base di idrogeno diventano un mezzo efficace per aiutare a stabilizzare il nostro clima, ", afferma il coautore Jordan Everall. "I combustibili a base di idrogeno richiedono quindi chiaramente la costruzione di carichi di ulteriori impianti di produzione di energia rinnovabile".
I costi di abbattimento dei gas serra dei combustibili a base di idrogeno sono attualmente di circa 1000 euro per tonnellata di CO 2
Anche ipotizzando il 100% di elettricità rinnovabile, i costi per evitare una tonnellata di CO 2 le emissioni derivanti dall'utilizzo di combustibili a base di idrogeno sarebbero attualmente di 800 euro per i combustibili liquidi e 1200 euro per i combustibili gassosi, i ricercatori hanno calcolato. Questo è molto più alto dell'attuale CO 2 prezzi per esempio nel sistema europeo di scambio di quote di emissioni, che attualmente sono sotto i 50 euro a tonnellata. Però, se c'è un continuo progresso tecnologico guidato dalla CO 2 prezzi, nonché sussidi e investimenti nell'idrogeno e nelle industrie correlate, entro il 2050 queste CO 2 i costi di abbattimento potrebbero scendere a circa 20 euro per gli e-fuel liquidi e 270 euro per i gassosi.
Quindi, all'aumentare della CO 2 i prezzi dei combustibili a base di idrogeno potrebbero diventare competitivi in termini di costi probabilmente entro il 2040. È troppo tardi per quei settori in cui esistono alternative dirette all'elettrificazione, data l'urgenza di ridurre le emissioni di gas serra per stabilizzare il nostro clima.
Il prezzo del carbonio è necessario per rendere competitivi i combustibili a base di idrogeno
"Nonostante le incertezze sui costi futuri, i combustibili a base di idrogeno hanno il potenziale per diventare una tecnologia di supporto per sostituire tutti i combustibili fossili rimanenti intorno al 2040-50. Però, la realizzazione dipende da un sostegno politico sostanziale su larga scala e in effetti sussidi per circa due decenni prima che i casi aziendali possano essere garantiti esclusivamente dall'aumento del prezzo del carbonio, " afferma Falko Ueckerdt. "Una strategia politica globale potrebbe poggiare su due pilastri:primo, ampio supporto tecnologico per promuovere l'innovazione e l'aumento di scala iniziale, compresa l'elettrificazione diretta. Secondo, un sostanziale prezzo del carbonio e una riforma della tassa sull'energia che insieme creano condizioni di parità per tutte le tecnologie e quindi un ragionevole equilibrio tra elettrificazione diretta e indiretta".
"La visione a lungo termine dei combustibili a base di idrogeno è promettente, " dice Gunnar Luderer. "Sfruttando l'enorme potenziale di energia eolica e solare delle fasce solari globali, Gli e-fuel possono essere scambiati a livello globale e quindi risolvere i colli di bottiglia delle energie rinnovabili in paesi densamente popolati come il Giappone o l'Europa. Però, poiché gli obiettivi climatici internazionali e nazionali richiedono riduzioni immediate delle emissioni, dal punto di vista climatico, l'elettrificazione diretta dovrebbe venire prima di tutto per garantire un futuro sicuro per tutti".
Lo studio è pubblicato su Cambiamenti climatici naturali .
