Biowidrogeno: cosa significa realmente e quali sono le vie di produzione

Il biowidrogeno è l'idrogeno ottenuto da biomassa, rifiuti organici o biogas, e non tramite elettrolisi dell'acqua o da gas naturale fossile. Comprende quattro principali vie di produzione: fermentazione oscura, fotofermentazione, reforming a vapore del biogas o del biometano e gassificazione della biomassa. Le vie biologiche sono ancora principalmente oggetto di ricerca e progetti pilota, mentre quelle termochimiche hanno carattere industriale, ma sono appena state adattate alle materie prime rinnovabili. Il termine "biowidrogeno" non è una categoria giuridica ufficiale; viene utilizzato colloquialmente e deve essere distinto dall'idrogeno rinnovabile ottenuto tramite elettrolisi.

Quattro vie di produzione

Cosa rientra nel concetto e cosa no

• Idrogeno da elettrolisi alimentata da energia elettrica di un impianto di biogas è in pratica idrogeno elettrolitico. Nella legislazione UE viene classificato in base all'origine dell'energia elettrica, e non come combustibile da biomassa.
• Idrogeno da reforming del biometano è un combustibile da biomassa, se il biometano soddisfa i criteri di sostenibilità. Il reforming emette CO₂, ma di origine biogenica.
• Idrogeno da gas naturale con cattura della CO₂ è idrogeno "a basse emissioni" di origine fossile, non biowidrogeno.

Perché il biowidrogeno è interessante

Gli impianti di biogas e di biometano sono fonti distribuite di materia prima rinnovabile, e l'idrogeno ha applicazioni che il biometano non può soddisfare: industria chimica (ammoniaca, raffinerie), siderurgia, parte del trasporto. Le vie biologiche potrebbero inoltre utilizzare rifiuti a basso valore, come il siero di latte o gli scarti di frutta. Il crescente interesse per l'idrogeno nell'UE deriva dagli obiettivi di neutralità climatica.

Limitazioni

1. Resa biologica. Teoricamente, la fermentazione oscura può produrre al massimo 4 moli di H₂ per mole di glucosio (via acetica), ma in pratica si ottengono rese significativamente inferiori, poiché il resto dell'energia rimane negli acidi organici.
2. Miscela di gas. Il biogas da fermentazione oscura contiene H₂ e CO₂, e talvolta CH₄ e H₂S; la purificazione fino a qualità combustibile richiede fasi aggiuntive.
3. Scala. La biomassa è limitata e compete con altri usi.
4. Costo. La purificazione, la compressione e lo stoccaggio dell'idrogeno sono costosi e ad alta intensità energetica.

Esempio: quanta idrogeno da 1 m³ di metano

Reforming a vapore con conversione del CO: CH₄ + 2H₂O → CO₂ + 4H₂. Teoricamente, da 1 mole di metano si ottengono 4 moli di idrogeno, cioè da 1 m³ di CH₄ circa 4 m³ di H₂ (con densità dell'idrogeno di circa 0,09 kg/m³, corrispondono a circa 0,36 kg di H₂). In pratica, l'efficienza energetica del reforming a livello di impianto è solitamente di alcune decine di punti percentuali rispetto all'energia del gas in ingresso, a seconda della scala e dell'integrazione termica. Conclusione: la trasformazione del biometano in idrogeno è giustificata laddove l'idrogeno è indispensabile, e non come metodo generale di valorizzazione del biometano.

Cosa succede nell'UE

Nel luglio 2020 la Commissione Europea ha presentato la strategia sull'idrogeno per un'Europa climaticamente neutra. La priorità è data all'idrogeno rinnovabile da elettrolisi alimentata da fonti rinnovabili, mentre il ruolo di altre fonti è complementare. Per il settore del biogas, il biowidrogeno rappresenta quindi una via di nicchia, ma vale la pena seguire le ricerche e i progetti pilota.

Come valutare le notizie sul "biowidrogeno"

Nelle informazioni stampa, i termini "biowidrogeno", "idrogeno verde" e "idrogeno da biogas" vengono spesso confusi. Per ogni progetto, è utile porsi tre domande. In primo luogo, da dove provengono l'energia e la materia prima: biomassa, biogas o energia elettrica da fonti rinnovabili? In secondo luogo, in che scala opera l'impianto (laboratorio, pilota, dimostrativo, impianto commerciale) e qual è la sua resa dichiarata? In terzo luogo, come viene calcolato il bilancio delle emissioni: tiene conto della compressione, della purificazione e del trasporto dell'idrogeno, nonché delle emissioni di metano nella filiera del biogas? Solo le risposte a queste domande permettono di valutare se si tratta di una tecnologia pronta per l'implementazione o di una promettente direzione di ricerca. In questo ciclo, per ogni via di produzione indichiamo quindi l'ordine di grandezza della maturità, e non promesse di costo.

Sintesi

Il biowidrogeno è un insieme di tecnologie a diversi livelli di maturità, dalla fermentazione in laboratorio al noto reforming industriale. Nella valutazione di offerte e progetti, è importante chiedere informazioni sul livello di maturità tecnologica, sul bilancio energetico e delle emissioni, e se il prodotto ha un mercato reale. Nei prossimi articoli esamineremo le singole vie di produzione.