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Idrogeno: tra moda del momento e speranza per il futuro

Idrogeno: tra moda del momento e speranza per il futuro

22-03-2021 | Visione
Decarbonizzare l’economia è di importanza fondamentale per i piani governativi. Ma sfide significative si frappongono tra il potenziale dell’idrogeno e la sua adozione e utilizzo in tutti i settori. Nel segmento dei trasporti su strada, esistono già alternative economiche e più sostenibili.
  • Giacomo Melegati
    Giacomo
    Melegati
    SI Research Associate
  • Roland Hengerer
    Roland
    Hengerer
    Senior SI Analyst

In breve

  • L'idrogeno verde è pulito e può catturare e trasportare le energie rinnovabili;
  • Generare idrogeno verde è ancora costoso sia in termini di produzione, che di immagazzinamento e distribuzione;
  • I veicoli elettrici alimentati a batteria sono soluzioni migliori e più economiche per il trasporto su strada.
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Un elemento centrale

L’idrogeno come vettore di energia ha suscitato il forte interesse di aziende, governi, investitori e pubblico in generale. Viene proposto come elemento chiave per la transizione del settore energetico dai combustibili fossili a fonti pulite e rinnovabili. Di conseguenza, i Paesi e le aziende stanno investendo moltissimo nella ricerca per rendere l’idrogeno un’opzione praticabile dal punto di vista commerciale, soprattutto in quei settori che ad alto consumo di energia ed elevato impatto ambientale.

L'idrogeno non è certo un nuovo arrivato nel settore. Dal petrolio all'acciaio, dai prodotti chimici ai fertilizzanti, diversi comparti industriali stanno già utilizzando la sua versione "grigia" per integrare la loro forte domanda energetica. Anche se la domanda globale di idrogeno è cresciuta costantemente negli ultimi decenni, raggiungendo 120 milioni di tonnellate nel 2019, la produzione è ben lontana dai livelli necessari per coprire i futuri bisogni industriali in un’economia a basso impatto ambientale. La produzione dovrà essere ampliata in modo significativo.

Inoltre, l’idrogeno dev’essere verde e pulito, non del tipo grigio e proveniente da fonti energetiche tradizionali che è responsabile per l’emissione di 830 milioni di tonnellate di CO2 ogni anno. Attualmente, l’idrogeno verde – cioè realizzato attraverso elettrolisi dell’acqua tramite fonti energetiche rinnovabili, necessario per raggiungere il target di zero emissionio entro il 2050 – rappresenta meno del 4% di tutto l’idrogeno prodotto. Aumentare la produzione è un’operazione necessaria, ma costosa, ostacolata da una serie di sfide tecniche lungo tutta la catena di fornitura.

Forte potenziale

L’idea è semplice: utilizzare una corrente elettrica per scomporre l'acqua in molecole di idrogeno e ossigeno. Se questa corrente elettrica proviene da fonti rinnovabili, allora il processo è privo di emissioni di carbonio. Il processo inverso, all’interno di una cella a combustibile (cioè riunire l’idrogeno e l’ossigeno) crea corrente elettrica (e acqua come prodotto secondario). La riproducibilità su scala, tuttavia, genera complessità a questa operazione.

In ogni fase della catena di approvvigionamento dell’idrogeno – stoccaggio, trasmissione e distribuzione – le sfide aumentano con l’aumentare della scala. La generazione di idrogeno verde su scala industriale rimane l’ostacolo più grande e spiega perché i volumi di produzione siano rimasti bassi.

L’inasprimento degli standard di emissione, la disponibilità di un combustibile rinnovabile e pulito e un settore in piena transizione sembrano tutti indicare che i veicoli a celle a combustibile ad idrogeno rappresentino la miglior soluzione sostenibile per la riduzione delle emissioni nel settore dei trasporti

Nonostante i significativi ostacoli tecnici, economici e logistici, la maggior parte degli esperti concorda sul fatto che, entro cinque-dieci anni, tali ostacoli saranno risolti e sarà pienamente realizzato il potenziale di decarbonizzazione dell’idrogeno.

Il trasporto su strada è un settore ad elevate emissioni di carbonio e, con l'imminente scomparsa dei motori a combustione interna, attraversa già una profonda trasformazione. L’inasprimento degli standard di emissione, la disponibilità di un combustibile rinnovabile e pulito e un settore in piena transizione sembrano tutti indicare che i veicoli a celle a combustibile ad idrogeno rappresentino la miglior soluzione sostenibile per la riduzione delle emissioni nel settore dei trasporti. Tuttavia, un'analisi più approfondita rivela una strada migliore: i veicoli elettrici a batteria (o BEV).

Batterie rivoluzionarie

Le batterie presentano certamente degli svantaggi. Per cominciare, sono pesanti, il che ne limita la durata. In secondo luogo, i veicoli elettrici a celle a combustibile consentono una ricarica più rapida. Inoltre, la produzione di batterie richiede un uso intensivo di energia e il riciclo non è una soluzione ottimale dal punto di vista economico. Infine, la produzione di batterie impiega minerali controversi come il cobalto, il cui approvvigionamento pone problemi etici.

Ma anche queste argomentazioni contro le batterie si stanno indebolendo. Innovazioni in grado di superare i precedenti problemi stanno emergendo in tutti gli aspetti della tecnologia legata al mondo delle batterie, dal peso alla durata, dalla carica al riciclo, per finire con l’utilizzo delle materie prime per la produzione.

Le griglie elettriche sporche rendono i veicoli a celle a combustibile a (FCEV) più inquinanti dei motori a combustione (ICES). Fonte: Cox et al., (2020)

Anche i Veicoli Elettrici a Batteria (BEV) presentano alcuni indubbi vantaggi. Il costo di proprietà e utilizzo di un BEV è più economico (i componenti delle celle a combustibile sono attualmente costosi), le loro emissioni e l’ impronta di carbonio sono inferiori (la maggior parte del combustibile a idrogeno viene ancora prodotto utilizzando fonti energetiche tradizionali – vedi grafico), e la loro efficienza energetica è più elevata (le auto alimentate a idrogeno verde hanno ancora bisogno del doppio della quantità di elettricità rinnovabile, a parità di durata).

Inoltre, i veicoli elettrici a batteria sono molto diffusi tra i consumatori e le vendite sono in aumento in tutto il mondo. Una maggiore domanda si traduce in maggiori economie di scala, che abbasseranno ulteriormente i costi e aumenteranno la spesa per infrastrutture.

Le prospettive per i veicoli alimentati a idrogeno migliorano se inquadrate nella scala più ampia necessaria per i trasporti pubblici. Ma anche in questo caso, le batterie vincono in termini di sostenibilità e costi economici, nel caso in cui siano già presenti reti e infrastrutture.

Lunga percorrenza e carrelli elevatori

Le caratteristiche di lunga durata, leggerezza e ricarica rapida dell’idrogeno lo rendono ideale per il trasporto merci a lunga percorrenza, e aziende come Daimler, Shell, Hyundai e Toyota stanno investendo massicciamente nello sviluppo di flotte basate su celle a combustibile. Nel frattempo, i fornitori di BEV stanno lavorando per ottimizzare il design dei veicoli, al fine di ridurre il peso in altre aree.

Inoltre, in mercati come l'UE, le normative che obbligano i conducenti a prendersi delle pause hanno ridotto i vantaggi in termini di tempo e costi dei veicoli a celle a combustibile. Per il trasporto a lungo raggio, i treni merci elettrificati con infrastrutture di cavi aereioffrono un'alternativa più economica e sostenibile.

Per massimizzare l'efficienza nei magazzini, i carrelli elevatori devono avere una capacità operativa prossima al 100%. A differenza dei carrelli elevatori alimentati a batteria, quelli con celle a combustibile possono funzionare per lunghi periodi, senza doversi fermare per lunghe ricariche, che impediscono al carrello elevatore e al conducente di lavorare. La maggiore efficienza è il motivo per cui giganti del magazzinaggio e della distribuzione, come Walmart e Amazon, stanno espandendo le flotte di carrelli elevatori a celle a combustibile.

Quindi, è giustificato tutto questo clamore attorno all'idrogeno? La risposta è sì, purché riguardi i settori giusti.

Una forte moda?

Quindi, è giustificato tutto questo clamore attorno all'idrogeno? La risposta è sì, purché riguardi i settori giusti. Sebbene esistano eccezioni, in particolare i carrelli elevatori, i veicoli alimentati a batteria rappresentano un modo più sensato per decarbonizzare il trasporto su strada con effetto immediato.

Con il progredire della tecnologia, della poduzione su larga scale e l’aumento dell’offerta, la speranza e il clamore suscitati dall’idrogeno verde per la decarbonizzazione dei settori ad alte emissioni diventeranno più probabili e prevedibili. Il 2050 è ancora abbastanza lontano, ma gli anni che ci attendono saranno di importanza cruciale per capire quanto rapidamente le tecnologie a idrogeno potranno superare le sfide, e trasformare la speranza in un’alternativa tangibile per alimentare l’economia mondiale.

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