No, l’idrogeno bianco non è una fonte illimitata di carburante pulito

Non è la base di un’espansione radicale dell’economia dell’idrogeno per l’energia, ma offre qualche speranza per la decarbonizzazione di parte dell’attuale utilizzo dell’idrogeno.

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Recentemente le persone mi hanno chiesto di fornire un parere su un nuovo colore dell'idrogeno, il bianco. Il mio daltonismo rende l'intero spettro dei colori dell'idrogeno ancora più sciocco di quanto non sia già, poiché penso che siamo a 23 colori in più rispetto a quanto richiesto al momento.

In realtà, ci sono solo due tipi di idrogeno: idrogeno a basso contenuto di carbonio e idrogeno ad alto contenuto di carbonio. Se vengono applicati i colori, dovrebbero essere verde e nero. I fondatori della Hydrogen Science Coalition, ingegneri con una lunga esperienza professionale e accademica nel campo dell’idrogeno, hanno discusso tra loro su quale dovrebbe essere un punto limite allineato alla soluzione climatica per la produzione di idrogeno e hanno deciso su un chilogrammo di anidride carbonica o equivalente (CO2e) generato nella produzione. un chilogrammo di idrogeno. Questa soglia abbastanza buona suggerisce che un chilogrammo o meno è verde e tutto il resto è nero. Mi andrebbe bene. Almeno potevo distinguere i colori.

Il punto è l’intensità di carbonio dell’idrogeno nell’intero ciclo di vita, non il processo o le materie prime utilizzate per produrlo. Tutti i colori sono solo varianti del processo o della fonte, il che causa mal di testa anche tra le persone con una percezione dei colori normale, per non parlare delle definizioni di colori concorrenti.

Esaminiamo brevemente cosa significa un chilogrammo di intensità di carbonio per chilogrammo. Sono necessari, con il resto dell’impianto, dai 55 ai 60 kWh di elettricità per produrre un chilogrammo di idrogeno utilizzando l’elettrolisi. A proposito, non diventerà magicamente più piccolo, poiché su questo punto ci stiamo avvicinando ai limiti della fisica. Non è suscettibile alla legge di Wright, secondo la quale un raddoppio delle unità prodotte riduce i costi per unità dal 20% al 27%. Esistono economie di scala disponibili per la produzione di idrogeno, ma soprattutto attraverso la realizzazione di impianti molto grandi, che richiederanno comunque un’elevata intensità di capitale.

Utilizzando un chilogrammo di CO2e, ciò significa che ogni kWh di elettricità può avere un debito di carbonio di circa 18 grammi di CO2e. Funziona perfettamente nella mia provincia natale, la Columbia Britannica, in Canada, utilizzando l’elettricità della rete, che ha un’intensità di carbonio di 12,9 grammi di CO2e per kWh. Il Vermont ha un livello ancora più basso di CO2e per kWh e potrebbe produrre idrogeno verde secondo questa definizione dalla rete elettrica, mentre nemmeno lo Stato di Washington riesce a ridurlo a circa 84 grammi di CO2e/kWh. In Europa, la Svezia si avvicina di più, ma è ancora a 45 grammi di CO2e/kWh, oltre il doppio del limite. E tutta l’elettricità della rete si sta decarbonizzando, anche se non così rapidamente come richiesto. Alla fine tutte le reti saranno nella zona della Columbia Britannica e del Vermont.

Tuttavia, preferirei avere l’idrogeno di rete nel Vermont o in Svezia piuttosto che l’idrogeno prodotto dal gas naturale, che tra le emissioni di metano a monte e il processo di riformazione del vapore ammonta a 10 chilogrammi di CO2e per chilogrammo di idrogeno. E l’idrogeno blu probabilmente lo ridurrà solo a 2-4 chilogrammi di CO2e per chilogrammo di idrogeno, e il limite inferiore di tale intervallo richiede una gestione delle emissioni di metano a monte molto rigorosa.

Per contestualizzare il grado di lobbying su ciò che costituisce l’idrogeno “verde”, le norme UE per l’idrogeno rinnovabile fissano l’intensità del carbonio che è abbastanza buona a 3,38 chilogrammi di CO2e per chilogrammo di idrogeno. Sì, la Hydrogen Science Coalition ritiene che non sia un buon livello. Sì, ci sono molte critiche su tale intensità di carbonio da un'ampia varietà di fonti. C'è una buona ragione per questo. Non è neanche lontanamente in linea con il raggiungimento degli obiettivi climatici, anche se l’UE non fosse scioccamente e temporaneamente ossessionata dall’idea di rendere l’idrogeno un vettore di energia. Ma è a portata di mano per l’idrogeno prodotto dal gas naturale. Comodo, no?

Perché sono così concentrato sulla rete elettrica? Due ragioni.

Il primo è che l’85% dell’idrogeno che utilizziamo oggi viene prodotto nel punto di utilizzo. Questo perché l'idrogeno è molto costoso da distribuire. La maggior parte delle pompe per veicoli a celle a combustibile a idrogeno erogano idrogeno nero ottenuto da combustibili fossili. Questa è la forma di idrogeno più economica che abbiamo avuto finora. Negli Stati Uniti è possibile produrre idrogeno dal gas naturale a basso costo per poco meno di un dollaro al chilogrammo. Nonostante ciò, un carico di idrogeno consegnato da un camion costa solitamente 10 dollari al chilogrammo. E negli ultimi anni un chilogrammo di idrogeno erogato da una pompa di celle a combustibile è variato tra i 15 e i 25 dollari.