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Hype sull'idrogeno
Le automobili a idrogeno ea celle a combustibile vengono fortemente promosse. Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti li ha resi il fulcro dei suoi sforzi per l'energia pulita. Lo stato della California ha dichiarato che nei prossimi anni costruirà un'autostrada a idrogeno, con stazioni di rifornimento di idrogeno ogni 20 miglia lungo le principali autostrade. General Motors sta spendendo più di un quarto del suo budget per la ricerca sui veicoli a celle a combustibile e Larry Burns, vicepresidente per R&D e pianificazione di GM, ha dichiarato a febbraio che l'azienda avrà un veicolo a celle a combustibile commercialmente valido entro il 2010.
Eppure, nonostante tutto questo clamore, è probabile che le auto a idrogeno rimangano inferiori ai migliori veicoli ibridi benzina-elettrici come la Toyota Prius praticamente sotto ogni aspetto: costi, autonomia, bolletta annuale del carburante, comodità, sicurezza almeno fino al 2030. La Prius avrà anche emissioni complessive inferiori di molti inquinanti rispetto alle auto alimentate a idrogeno che probabilmente sarà disponibile presso le stazioni di rifornimento per il prossimo futuro. E una spinta prematura verso le auto a idrogeno minerebbe gli sforzi per ridurre le emissioni di anidride carbonica che intrappolano il calore che causano il cambiamento climatico globale.
Affinché le auto a idrogeno diventino pratiche dal punto di vista del consumatore e desiderabili dal punto di vista ambientale, saranno necessarie almeno tre importanti innovazioni tecnologiche. Inoltre, la nazione dovrà spostare drasticamente la sua politica energetica verso fonti di energia rinnovabile come l'eolico e il solare.
Non fraintendermi. Sono un forte sostenitore dell'idrogeno come possibile carburante per il futuro. In effetti, ho aiutato a supervisionare il programma del Dipartimento dell'Energia per l'energia pulita, compreso l'idrogeno, per gran parte degli anni '90, durante i quali abbiamo decuplicato i finanziamenti per le tecnologie dell'idrogeno. Ritengo che la continua ricerca sull'idrogeno rimanga importante per il suo potenziale di fornire un sostituto non inquinante per il petrolio dopo il 2030.
Ma andare oltre la ricerca e lo sviluppo a questo punto per costruire effettivamente l'infrastruttura dell'idrogeno, come molti sostengono, è sia ingiustificato che imprudente. Come Peter Flynn, professore di ingegneria all'Università dell'Alberta, ha concluso in uno studio del 2002 sullo sforzo di commercializzare veicoli a gas naturale: affermazioni esagerate hanno danneggiato la credibilità dei carburanti per il trasporto alternativo e hanno ritardato l'accettazione, specialmente da parte dei grandi acquirenti commerciali.
Diamo un'occhiata brevemente al motivo per cui le auto a idrogeno sono ancora lontane dall'avere un senso.
È costoso
In un'economia dell'idrogeno, il principale vettore energetico sarebbe l'idrogeno prodotto da fonti di energia non inquinanti. Questo obiettivo poggia su due pilastri: una fonte non inquinante per l'idrogeno e un dispositivo per convertire in modo pulito questo idrogeno in energia utile (la cella a combustibile).
L'idrogeno non è una fonte di energia facilmente accessibile come il carbone o il vento. È strettamente legato a molecole come l'acqua (H20) e il gas naturale (composto principalmente da metano o CH4), quindi è costoso e ad alta intensità energetica da estrarre e purificare. Oggi più del 95% dell'idrogeno degli Stati Uniti viene prodotto dal gas naturale perché questo è il metodo più economico. Tuttavia, fornire idrogeno dal gas naturale al serbatoio di un'auto a celle a combustibile in forma utilizzabile costa quattro volte di più della benzina con una quantità di energia equivalente. L'idrogeno proveniente da fonti non inquinanti, come le rinnovabili, è ancora più costoso. Un'infrastruttura dell'idrogeno costruita attorno a tecnologie esistenti o quasi commerciali costerebbe più di 600 miliardi di dollari, secondo il più completo studia fatto, dall'Argonne National Laboratory.
Le celle a combustibile sono dispositivi elettrochimici piccoli, modulari, simili alle batterie, ma che possono essere continuamente alimentati. Una cella a combustibile assorbe idrogeno e ossigeno ed emette elettricità e calore; le sue uniche emissioni sono l'acqua. Sembra una panacea energetica, ma oggi, più di 160 anni dopo la costruzione della prima cella a combustibile e dopo oltre 15 miliardi di dollari di spesa pubblica e privata, la tecnologia delle celle a combustibile non ha ancora ottenuto un grande successo commerciale.
Le sfide tecniche sono enormi. Nel settembre 2003, un panel del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti sulle esigenze di ricerca di base per l'economia dell'idrogeno, presieduto dal professore di fisica e ingegneria elettrica del MIT Mildred Dresselhaus, ha riferito che le celle a combustibile per i trasporti sono 100 volte più costose dei motori a combustione interna. I sistemi di stoccaggio dell'idrogeno più maturi, che utilizzano una pressione ultraelevata, contengono da sette a 10 volte meno energia per unità di volume rispetto alla benzina e richiedono una quantità significativa di energia di compressione. Proprio il mese scorso, un prestigioso panel della National Academy of Sciences ha concluso che tale archiviazione ha poche promesse di praticità a lungo termine. E un rapporto pubblicato questo mese dall'American Physical Society ha concluso che è necessario scoprire un nuovo materiale per risolvere il problema dello stoccaggio.
Il panel del Department of Energy ha osservato che il costo di produzione dell'idrogeno dovrebbe essere ridotto di un fattore quattro per rendere l'idrogeno economicamente competitivo con i combustibili fossili di oggi. Sarebbero necessari importanti progressi anche nelle infrastrutture e nella sicurezza dell'idrogeno. Il panel ha concluso che queste lacune non possono essere colmate da progressi incrementali dell'attuale stato dell'arte, ma richiedono invece scoperte concettuali rivoluzionarie.
Se sembra che passerà molto tempo prima di vedere un prodotto commercialmente valido sul mercato, non dovrebbe sorprendere. Le scoperte che rivoluzionano la tecnologia energetica sono rare. Ci sono voluti circa 20 anni per l'energia eolica e quella solare per vedere un calo di dieci volte dei prezzi, dopo importanti investimenti del governo e del settore privato in ricerca e sviluppo e distribuzione, e rappresentano ancora ben meno dell'uno per cento della produzione di elettricità degli Stati Uniti.
I veicoli a carburante alternativo (AFV) sono una sfida più grande, perché devono superare un investimento di trilioni di dollari nell'infrastruttura di rifornimento di benzina. Due importanti sforzi per commercializzare AFV negli ultimi due decenni - veicoli elettrici e veicoli a gas naturale - sono entrambi falliti, anche se l'elettricità e il gas naturale sono ampiamente disponibili e poco costosi. L'idrogeno, al contrario, è difficilmente disponibile ovunque ed è relativamente costoso. Le nostre auto e la nostra infrastruttura di rifornimento sono progettate attorno a combustibili liquidi, che hanno un'elevata densità di energia e sono più facili da gestire rispetto ai gas diffusi come l'idrogeno.
Sulla base delle mie discussioni con gli esperti di tutto il paese, penso che sia improbabile che le auto a idrogeno raggiungano anche una quota di mercato del 5% entro il 2030. Ma non dovremmo avere fretta di distribuire auto a idrogeno.
Non è necessariamente pulito
È un malinteso popolare che l'idrogeno sia intrinsecamente buono per l'ambiente. Ma in realtà, l'idrogeno non è più ecologico delle fonti energetiche utilizzate per produrlo. Come ha osservato il panel della National Academy, è molto probabile che i combustibili fossili saranno le principali fonti di idrogeno per diversi decenni. Qualsiasi spinta prematura verso le auto a idrogeno significherebbe inevitabilmente che l'idrogeno proverrebbe dalla fonte più economica oggi, il gas naturale. Tuttavia, dati i vincoli sull'approvvigionamento di gas nordamericano, scambieremmo semplicemente gas importato con petrolio importato.
Ancora più importante, un'auto a celle a combustibile alimentata a idrogeno derivato dal gas naturale non offre risparmi significativi di gas serra rispetto a veicoli ibridi avanzati alimentati a petrolio, come un 2003 studio del MIT concluso. I migliori nuovi ibridi hanno drasticamente ridotto il consumo di carburante e quindi le emissioni di gas serra. Funzionando con benzina a basso contenuto di zolfo, la Prius del 2004 produce il 90% in meno di emissioni allo scarico rispetto alla media delle auto nuove.
L'idrogeno meno costoso, tuttavia, è sporco. Sulla base delle stazioni di rifornimento di idrogeno che Royal Dutch/Shell ha proposto di costruire, le emissioni totali di ossidi di azoto da un veicolo a celle a combustibile sarebbero triplicare quello delle migliori auto nuove.
Altrettanto importante, una tale strategia distoglierebbe il gas naturale da una varietà di usi migliori. Mentre i veicoli che funzionano a idrogeno derivato dal gas naturale non forniranno significative riduzioni di gas serra rispetto ai migliori ibridi a benzina, un passaggio al gas naturale può ridurre notevolmente le emissioni degli impianti di generazione di elettricità. Un generatore a carbone rilascia nell'aria più di 1.000 chilogrammi di anidride carbonica per ogni megawattora di elettricità prodotta. I migliori impianti a gas, al contrario, rilasciano solo circa 350 chilogrammi di anidride carbonica per megawattora generato.
Allo stesso modo, un megawattora di elettricità da fonti rinnovabili, se utilizzato per produrre idrogeno per un veicolo a celle a combustibile, farebbe risparmiare circa 230 chilogrammi di anidride carbonica rispetto a una Prius a benzina. Si tratta di circa 770 chilogrammi in meno rispetto ai risparmi derivanti dallo spostamento dell'energia dal carbone, e questi risparmi possono essere ottenuti senza spendere centinaia di miliardi di dollari in veicoli a celle a combustibile e infrastrutture a idrogeno. Come David Keith di Carnegie Mellon e Alexander Farrell dell'Università della California, Berkeley, hanno concluso in un'analisi del luglio 2003 in Scienza magazine: Fino a quando le emissioni di CO2 dalla produzione di elettricità non saranno virtualmente eliminate, sarà molto più conveniente utilizzare nuova elettricità CO2 neutrale (ad esempio, eolica o nucleare) per ridurre le emissioni sostituendo l'elettricità generata da combustibili fossili.
Il Congresso degli Stati Uniti, tuttavia, non approverà una legislazione che richieda che anche il 10% dell'elettricità nel 2020 provenga da fonti rinnovabili. Ciò significa che le auto a idrogeno non avranno alcun valore reale come strategia per il riscaldamento globale fino a dopo il 2030. Un'analisi del 2004 del Pacific Northwest National Laboratory ha concluso che anche con le scoperte tecnologiche e una grande spinta alla riduzione delle emissioni di anidride carbonica, l'idrogeno non penetra nel trasporto settore in modo sostanziale fino a dopo il 2035.
In questo momento, fornire idrogeno rinnovabile a un'auto in forma utilizzabile è proibitivo, equivalente alla benzina da $ 6 a $ 10 al gallone. Abbiamo bisogno di un importante passo avanti nella produzione di idrogeno neutrale in termini di CO2, insieme a significativi passi avanti nelle celle a combustibile e nello stoccaggio dell'idrogeno, prima che le auto a idrogeno diventino concorrenti plausibili.
Mentre stiamo facendo ricerca e sviluppo nei prossimi due decenni, dobbiamo, se vogliamo evitare il catastrofico riscaldamento globale, fare della nuova elettricità CO2-neutra la nostra priorità assoluta. A marzo 2003 analisi da un gruppo di scienziati guidati da Ken Caldeira del Lawrence Livermore National Laboratory e pubblicato in Scienza magazine, ha concluso che se la sensibilità climatica è nel mezzo dell'intervallo attualmente previsto, anche la stabilizzazione al riscaldamento di 4 °C richiederebbe l'installazione di 410 megawatt di capacità energetica senza emissioni di carbonio ogni giorno, cinque volte la previsione normale.
Mentre i veicoli a idrogeno potrebbero avere un valore limitato in sostituzione delle flotte alimentate da motori diesel in città molto inquinate prima del 2030, è improbabile che le auto a celle a combustibile raggiungano il successo sul mercato di massa per allora. Né la politica del governo né gli investimenti delle imprese dovrebbero basarsi sulla convinzione che le auto a idrogeno avranno un successo commerciale significativo nel breve o medio termine.
Joseph J. Romm è stato vicesegretario addetto all'energia per l'efficienza energetica e le energie rinnovabili durante l'amministrazione Clinton. Questo articolo è basato sul materiale del suo libro L'hype sull'idrogeno: realtà e finzione nella corsa per salvare il clima , pubblicato questo mese da Island Press. Per maggiori informazioni sul libro, vai su www.coolcompanies.org .