Idrogeno Verde e Gas Rinnovabili: Futuro dei Vettori Energetici in Svizzera

Vettori energetici senza emissioni

Quando si parla di futuro sostenibile, idrogeno e altri gas rinnovabili hanno finora goduto di scarsa considerazione. Diversi progetti innovativi nella Svizzera romanda ne illustrano le grandi potenzialità.

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La Svizzera vuole diventare clima-neutrale entro il 2050 e dovrà quindi sostituire le energie fossili con alternative a zero emissioni nette. Di rado in questo contesto si discute di idrogeno e di altri gas rinnovabili. La prospettiva energetica della Confederazione ipotizza che entro il 2050 queste forme di energia copriranno circa il 3% del fabbisogno svizzero. Esistono però anche stime meno conservative.

L’idrogeno e i gas rinnovabili hanno il vantaggio di poter essere utilizzati in maniera flessibile. Per ora trovano impiego soprattutto nell’industria, mentre nella mobilità a lungo raggio e nel traffico pesante il loro sviluppo è ancora a uno stadio embrionale. Tuttavia, l’idrogeno può essere utilizzato anche come fonte di calore o per stoccare elettricità, un aspetto importante per il futuro approvvigionamento energetico.

Nel 2022 sono stati prodotti in tutto il mondo circa 95 milioni di tonnellate di idrogeno, soprattutto per l’industria – ma a partire da combustibili fossili e quindi con conseguenti emissioni elevate. Ogni tonnellata di idrogeno prodotta genera quasi nove tonnellate di emissioni di CO2. Per far sì che l’idrogeno si affermi come vettore energetico sostenibile del futuro, deve essere prodotto senza emissioni e quindi con energie rinnovabili. L’Unione europea sta accelerando lo sviluppo dell’idrogeno verde e anche in Svizzera diversi progetti ne stanno mettendo in luce le potenzialità; a distinguersi è soprattutto la Svizzera romanda.

Produrre corrente verde

A Schiffenen (FR), per esempio, nell’ottobre 2023 il fornitore energetico Groupe E ha inaugurato il primo impianto di produzione di idrogeno della Svizzera romanda. «L’obiettivo è produrre idrogeno rinnovabile», spiega Laurent Ducrest, responsabile della produzione di energia termica e dell’ambiente di Groupe E. Per farlo serve corrente verde che, nel caso di Schiffenen, proviene dalla turbina di dotazione della centrale con la quale l’acqua trattata viene scomposta nei suoi costituenti attraverso elettrolisi, per ricavarne idrogeno che viene poi compresso per renderlo trasportabile.

A Schiffenen due impianti di elettrolisi identici sono situati in container appena sotto la murata della diga della centrale idroelettrica. Per ora l’acqua necessaria al processo proviene ancora dalla rete perché di qualità superiore rispetto a quella dell’invaso. «Ora però sappiamo che la nostra tecnologia funziona anche con l’acqua di lago e in futuro svilupperemo questa opzione», dice Laurent Ducrest. L’idrogeno è poi stoccato in nove serbatoi ad alta pressione prima di venire compresso nelle bombole. «I serbatoi ne contengono circa 400 chilogrammi – circa la metà della nostra produzione giornaliera», dichiara Ducrest. Il valore d’uso di un chilogrammo di idrogeno equivale a circa 2,8 litri di benzina. Il Groupe E intende mettere l’idrogeno prodotto a disposizione principalmente dell’industria e della mobilità pesante.

Per l’esperto è chiaro che l’idrogeno verde fornirà un contributo importante alla decarbonizzazione. «Tanto per fare un esempio: la produzione di carburanti sintetici richiede carbonio e idrogeno», spiega. «Se si estraesse il carbonio dall’industria e lo si combinasse con idrogeno verde, si potrebbero produrre carburanti sintetici sostenibili».

Impianti direttamente dal cliente

Gruyère Hydrogen Power (GHP), affiliata di Gruyère Energie, sta seguendo da alcuni mesi a Bulle (FR) un approccio differente: anziché produrre idrogeno verde e consegnarlo ai clienti su lunghe distanze, lo produce direttamente in loco all’ingresso di casa del cliente. A soli 100 metri dal cliente principale Liebherr Machines sono stati infatti installati due impianti di elettrolisi con una potenza totale di due megawatt. «Questo ci permette di evitare le sfide logistiche del trasporto», dice Patrick Sudan, direttore di GHP. «Per il processo di conversione dobbiamo però accedere alla fonte di energia». Ed è qui che sta la difficoltà in questo stadio ancora embrionale del progetto. Sudan: «Per ora stiamo ancora attingendo l’elettricità verde per l’elettrolisi dalla rete». Nel prossimo futuro però le cose cambieranno. È prevista la costruzione di un impianto fotovoltaico e di una centrale di cogenerazione a legna, anch’essa molto vicina all’impianto.

«Si tratta ovviamente di investimenti importanti», dice Patrick Sudan, «ma in questo modo ragioniamo in un’ottica lungimirante e nei prossimi anni trarremo certamente beneficio dall’impianto e dall’esperienza maturata». Per ora l’impianto produce fino a 100-200 chilogrammi di idrogeno al giorno, ma in modo discontinuo. Il volume di produzione effettivo subisce forti fluttuazioni perché GHP produce l’idrogeno su richiesta. «Gestiamo anche un impianto di stoccaggio di combustibile solido per 200 chilogrammi di idrogeno, in modo da reagire prontamente ad aumenti di domanda », dice Patrick Sudan.

Per essere redditizio, l’impianto dovrebbe produrre tra i 100 000 e i 150 000 chilogrammi di idrogeno l’anno. Ma è un traguardo ancora lontano. «Al momento siamo molto soddisfatti che funzioni», dice Patrick Sudan, «a parte i soliti problemi iniziali».

Stoccaggio di idrogeno a stato solido

Alla GRZ Technologies di Avenches (VD) tutto ruota attorno allo stoccaggio decentralizzato. «Se vogliamo armonizzare la produzione di energie rinnovabili con il consumo energetico, questi sistemi sono indispensabili», dice il direttore Noris Gallandat. Di norma oggi l’idrogeno viene stoccato comprimendolo in bombole o riducendolo allo stato liquido a temperature molto basse. GRZ adotta per i suoi sistemi un approccio diverso: «Per dirla in parole semplici abbiamo sviluppato una spugna di idrogeno», spiega Gallandat. Questo sistema di stoccaggio dell’idrogeno allo stato solido funziona a bassa pressione, garantendo un aumento della sicurezza dell’intero sistema. In presenza di una temperatura ambiente normale, i moduli di stoccaggio possono essere combinati a piacere in modo che i clienti abbiano in loco il volume di stoccaggio ideale per le loro esigenze.

Il sistema è richiesto anche all’estero. «Ci rivolgiamo all’industria pesante, ma anche alle stazioni di servizio e ai produttori di energia rinnovabile», dice Noris Gallandat. Il più grande parco solare d’Europa, in Germania, adotta per esempio i moduli di accumulo di GRZ per stoccare l’eccedenza di elettricità. Un altro degli sviluppi innovativi dell’azienda è un reattore di metanazione, che converte CO2 e idrogeno in metano sintetico avente le stesse proprietà del gas naturale normale.

Reattore di metanazione

La metanazione ha un ruolo chiave anche nel progetto GreenGas di Gaznat ad Aigle (VD). Gaznet è il gestore ufficiale della rete del gas e delle sue infrastrutture nella Svizzera romanda. Nel sito dell’azienda, un impianto power-togas converte l’elettricità in eccedenza in idrogeno tramite elettrolisi e in un secondo tempo in metano sintetico tramite il CO2. Il reattore di metanazione è stato appositamente sviluppato dall’EPFL di Losanna.

Un’altra innovazione è rappresentata dalle membrane nanoporose di grafene, ideate anch’esse dell’EPFL (vedi articolo a pag. 6), grazie alle quali il CO2 è separato dai gas di combustione di due centrali di cogenerazione vicine e aggiunto al processo di metanazione. «La quantità di gas di combustione però non è sufficiente ai nostri scopi», dice Gilles Verdan, Head of Network Activities e CEO designato di Gaznet. «Per questo acquistiamo CO2 supplementare da diversi impianti industriali in Svizzera, contribuendo così a reinserirlo nel ciclo energetico rendendolo utilizzabile».

Un secondo importante tassello dell’impegno di Gaznet è l’Innovation Lab inaugurato ad agosto 2023. «Da un lato, serve a testare e monitorare il nostro impianto», spiega Verdan. «Dall’altro, vogliamo mettere l’Innovation Lab a disposizione di istituti di ricerca e di start-up come banco di prova per testare i loro sviluppi». Ci sono già stati contatti e richieste di informazioni a conferma che le potenzialità del gas sono state riconosciute.

Gli esperti prevedono che in futuro grandi quantità di idrogeno saranno prodotte soprattutto in Paesi con livelli costantemente elevati di irraggiamento o condizioni di vento favorevoli come Nord Africa, Medio Oriente o Australia. Proprio per questo è importante che i politici affrontino sin d’ora le questioni relative all'approvvigionamento e partecipino alla progettazione di una rete europea dell’idrogeno, la European Hydrogen Backbone. La Svizzera ha già una rete di trasporto del gas di alta qualità su tutto il territorio nazionale ed è parte di un importante gasdotto di transito nord-sud – vantaggi la cui importanza è stata sottolineata in uno studio paneuropeo del 2019.

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