Idrogeno: la questione delle infrastrutture

La sfida che sta alla base dell’economia delle celle a combustibile è un esempio da manuale del problema dell’“uovo e la gallina” rappresentato dall’introduzione di un nuovo carburante. I produttori di automobili sono riluttanti a produrre in serie veicoli con celle a combustibile ad idrogeno diretto se non hanno garanzie sul fatto che esisterà un numero adeguato di stazioni di rifornimento per i propri clienti. Le società energetiche, d’altra parte, saranno restie a costruire stazioni di rifornimento di idrogeno fino a quando non ci sarà la previsione di una forte domanda di carburante. Per questo, gli esperti ritengono che la realizzazione delle infrastrutture per l’idrogeno sia un ostacolo insuperabile e stimano che i costi di questa opera immane saranno nell’ordine delle centinaia di miliardi di dollari – 100 miliardi di dollari solo per gli Stati Uniti, secondo il Dipartimento dell’Energia – ossia molto più dei costi delle infrastrutture per un combustibile liquido. Diversi studi effettuati di recente, comunque, sostengono la tesi contraria: l’uso diretto di idrogeno potrebbe rappresentare infatti la strada più rapida ed economica.

Sandy Thomas, un’analista di Directed Technologies, è uno degli specialisti che stanno valutando i costi reali di un passaggio diretto alle infrastrutture per l’idrogeno, in grado di servire le automobili, gli autobus e, alla fine, anche le centrali per la produzione di energia. Thomas e colleghi hanno dichiarato in un recente articolo sull’International Journal of Hydrogen Energy che “i costi delle infrastrutture necessarie per i combustibili, compresi i sistemi di trattamento montati a bordo dei mezzi, potrebbero essere inferiori per l’idrogeno rispetto a quelli per la benzina e il metanolo.” Inoltre, gli autori sostengono che i veicoli che montano celle a combustibile ad idrogeno offrono chiari vantaggi, rispetto a quelli alimentati a benzina e metanolo, in termini di inquinamento dell’aria a scala locale e gas serra. Ciononostante, Thomas ritiene possibile che l’industria scelga sia la benzina che il metanolo, impedendo l’approccio diretto.

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Le possibili strade per arrivare a un sistema basato sull’idrogeno diretto sono state esaminate anche dai ricercatori della University of Michigan. Marc Jensen e Marc Ross raccomandano l’installazione, presso le stazioni di rifornimento, di piccoli impianti di reforming del gas naturale, sfruttando la rete di distribuzione del gas esistente. I due ricercatori stimano che la costruzione di 10.000 stazioni di quel tipo – il 10-15% del numero totale di stazioni presenti negli Stati Uniti – sarebbe sufficiente per motivare i produttori di automobili a dare avvio alla produzione di massa dei veicoli ad idrogeno diretto.

In base alle stime degli autori, queste strategie “ponte” richiedono investimenti di capitale tra i 3 e i 15 miliardi di dollari. Ma questi numeri, sottolineano Jensen e Ross, “vanno messi a confronto con i benefici sociali ed ambientali che deriveranno dall’aumento del numero di auto ad idrogeno.” Ad esempio, il costo stimato dell’inquinamento atmosferico nell’area di Los Angeles è pari a 8 miliardi di dollari all’anno.

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Un’altra strada per l’idrogeno è quella indicata da Amory Lovins e Brett Williams, del Rocky Mountain Institute (RMI). Lovins e William sostengono che i due presunti ostacoli – ossia i costi delle strutture per produrre e distribuire l’idrogeno, stimati nell’ordine delle centinaia di miliardi di dollari per gli Stati Uniti, e la necessità di inventare un modo per stoccare l’idrogeno compresso direttamente a bordo dei veicoli – semplicemente non riflettono gli attuali trend tecnologici e di mercato. Lovins e Williams sono convinti che i cambiamenti strutturali dei veicoli possano migliorare l’efficienza a tal punto da rendere possibile lo stoccaggio dell’idrogeno direttamente a bordo. E affermano che l’uso delle celle a combustibile sui veicoli può essere accompagnato da quello negli edifici, in modo da migliorarne l’economicità e rimandare l’esigenza di creare delle infrastrutture interamente dedicate all’idrogeno.

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Quello finanziario è uno dei problemi analizzati dal presidente di Shell Hydrogen, Don Huberts. Huberts, convinto dell’esistenza di “una strada verso le infrastrutture per l’idrogeno puro”, non si schiera a favore di una tecnologia in particolare, ma piuttosto per lo sviluppo parallelo di veicoli con trattamento a bordo del combustibile e con idrogeno diretto. La prima opzione è necessaria principalmente per introdurre le persone all’uso delle celle a combustibile. Il limitato mercato delle auto ad idrogeno si trasformerebbe quindi in un mercato di massa in funzione dello sviluppo delle infrastrutture, che si attuerebbe per fasi successive, a partire dalle stazioni di rifornimento realizzate a servizio della flotta iniziale. Nel frattempo, il costo delle celle a combustibile e degli altri componenti diminuirebbe grazie alla produzione di massa, ad incentivi fiscali per i veicoli più puliti e ai miglioramenti delle tecniche di stoccaggio dell’idrogeno.

Huberts prevede che le singole stazioni di rifornimento per gli autobus e per i mezzi commerciali si moltiplicheranno e si diffonderanno sul territorio, per servire sia i pendolari che le famiglie. Questo maggior numero di stazioni creerebbe un’economia di scala in grado di diminuire i costi. Inoltre, una quota crescente della produzione di idrogeno si baserebbe sull’energia rinnovabile, garantendo una mobilità senza emissioni di carbonio.

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Joan Odgen, del Center for Energy and Environmental Studies della Princeton University, scrive che “l’idea comune secondo cui le infrastrutture per l’idrogeno richiedono maggiori capitali di quelli richiesti per il metanolo e la benzina è vera solamente nel caso di limitata penetrazione del mercato da parte dei veicoli ad idrogeno o a metanolo.” Una volta che sarà in circolazione un gran numero di veicoli alimentati in modi diversi, afferma la Odgen, lo sviluppo di qualsiasi nuovo combustibile richiede ingenti capitali. Inoltre, i costi degli impianti di produzione sono più alti sia per il metanolo che per la benzina e l’idrogeno, se trasportato sui veicoli, può essere utilizzato con un 50% in più di efficienza. E non si possono certo trascurare i costi per la manutenzione e l’espansione delle infrastrutture per il rifornimento della benzina, pari a diverse centinaia di dollari per auto. (…)

Gli studiosi di Princeton hanno scoperto che il veicolo con celle a combustibile a idrogeno è quello che produce i minori danni ambientali e costa un ottavo del veicolo ibrido con motore a combustione interna a benzina. Inoltre, si è trovato che i veicoli con celle a combustibile ad idrogeno diretto comportano costi, riferiti al ciclo di vita, assai minori di quelli dei veicoli che utilizzano sistemi di trattamento della benzina o metanolo montati a bordo, con una differenza compresa tra 550 e 2.500 dollari. Al tempo stesso, se non si valutano i benefici ambientali, i veicoli con celle a combustibile ad idrogeno non sono risultati così competitivi rispetto ai veicoli ibridi con motore a combustione interna. E’ stato stimato che il costo del rifornimento delle auto con idrogeno non sarà molto più alto di quello della benzina – da 2 a 3,5 dollari per gallone di benzina equivalente – e che potrà essere compensato dall’efficienza dei veicoli ad idrogeno, pari a circa tre volte quella delle auto ibride con motore a combustione interna.

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I ricercatori di Princeton raccomandano che, per il lancio della tecnologia delle celle a combustibile siano utilizzati veicoli riforniti in modo “centralizzato”, come i veicoli delle amministrazioni pubbliche o delle aziende, oppure i camion o i mezzi per il trasporto pubblico. Questo potrebbe eliminare il problema delle infrastrutture dell’idrogeno fino a quando i costi delle celle a combustibile non raggiungeranno livelli competitivi, in grado di dare la spinta necessaria al successivo sviluppo delle infrastrutture. Questo approccio potrebbe anche sfruttare le tecnologie esistenti per l’idrogeno gassoso compresso, evitando la necessità di introdurre metodi di stoccaggio innovativi, e creare una base, in termini di esperienza, per “dimostrare” i veicoli e catturare il favore del pubblico.

Lo studio di Princeton dimostra che il mercato dei veicoli che possono essere riforniti in modo centralizzato è sufficientemente esteso da consentire questo abbassamento dei costi.