Passare all’idrogeno potrebbe prolungare il problema del metano
Bertagni (Princeton University): aziende e governi intenzionati a investire sull'idrogeno devono assicurarsi di farlo in modo corretto ed efficiente
[16 Marzo 2023]
Secondo lo studio “Risk of the hydrogen economy for atmospheric methane”, pubblicato su Nature Communications da Matteo Bertagni, Stephen Pacala e Amilcare Porporato della Princeton University e da Fabien Paulot della National Oceanic and Atmospheric Administration Usa, «Il potenziale dell’idrogeno come combustibile pulito potrebbe essere limitato da una reazione chimica nella bassa atmosfera». Questo perché il gas idrogeno reagisce facilmente nell’atmosfera con la stessa molecola che è la principale responsabile della scomposizione del metano, un potente gas serra. I ricercatori evidenziano che «Se le emissioni di idrogeno superano una certa soglia, quella reazione condivisa porterà probabilmente all’accumulo di metano nell’atmosfera, con conseguenze climatiche decennali».
Bertagni, ricercatore post-dottorato all’High Meadows Environmental Institute che lavora alla Carbon Mitigation Initiative, sottolinea che «L’idrogeno è teoricamente il carburante del futuro. In pratica, tuttavia, pone molte preoccupazioni ambientali e tecnologiche che devono ancora essere affrontate».
Nello studio, i ricercatori hanno modellato l’effetto delle emissioni di idrogeno sul metano atmosferico e hanno scoperto che «Al di sopra di una certa soglia, anche quando si sostituisce l’uso di combustibili fossili, un’economia dell’idrogeno con perdite potrebbe causare danni ambientali a breve termine aumentando la quantità di metano nell’atmosfera. Il rischio di danni è aggravato per i metodi di produzione di idrogeno che utilizzano il metano come input, evidenziando la necessità critica di gestire e ridurre al minimo le emissioni derivanti dalla produzione di idrogeno».
Porporato, che insegna Civil and Environmental Engineering a Princeton e all’’High Meadows Environmental Institute, ricercatore principale della Carbon Mitigation Initiative ed è anche docente al’Andlinger Center for Energy and the Environment, aggiunge: «Abbiamo molto da imparare sulle conseguenze dell’uso dell’idrogeno, quindi anche se il passaggio all’idrogeno, un combustibile apparentemente pulito, non crea nuove sfide ambientali».
In una recensione dello studio, Colton Poore, dell’Andlinger Center for Energy and the Environment di Princeton, spiega che «Il problema si riduce a una piccola molecola difficile da misurare nota come radicale ossidrile (OH). Spesso soprannominato “il detergente della troposfera”, l’OH svolge un ruolo fondamentale nell’eliminazione dei gas serra come il metano e l’ozono dall’atmosfera. Il radicale idrossile reagisce anche con l’idrogeno gassoso nell’atmosfera. E poiché ogni giorno viene generata una quantità limitata di OH, qualsiasi picco nelle emissioni di idrogeno significa che verrebbe utilizzato più OH per abbattere l’idrogeno, lasciando meno OH disponibile per abbattere il metano. Di conseguenza, il metano rimarrebbe più a lungo nell’atmosfera, estendendo i suoi effetti sul riscaldamento».
Bertagni fa notare che «Gli effetti di un picco di idrogeno che potrebbe verificarsi con l’espansione degli incentivi governativi per la produzione di idrogeno potrebbero avere conseguenze climatiche decennali per il pianeta. Se si emette un po’ di idrogeno nell’atmosfera ora, porterà a un progressivo accumulo di metano negli anni successivi. Anche se l’idrogeno ha solo una durata di vita di circa due anni nell’atmosfera, tra 30 anni da quell’idrogeno avremo ancora il feedback del metano».
Nello studio, i ricercatori hanno identificato il punto critico in cui le emissioni di idrogeno porterebbero a un aumento del metano atmosferico e quindi minerebbero alcuni dei benefici a breve termine dell’idrogeno come combustibile pulito. Identificando tale soglia, i ricercatori hanno stabilito obiettivi per la gestione delle emissioni di idrogeno: «E’ essenziale che siamo proattivi nello stabilire soglie per le emissioni di idrogeno, in modo che possano essere utilizzate per informare la progettazione e l’implementazione della futura infrastruttura per l’idrogeno», ha sottolineato Porporato.
Per l’idrogeno verde, che viene prodotto scindendo l’acqua in idrogeno e ossigeno utilizzando elettricità da fonti rinnovabili, Bertagni dice che «La soglia critica per le emissioni di idrogeno si aggira intorno al 9%. Questo significa che se più del 9% dell’idrogeno verde prodotto si disperdesse nell’atmosfera, sia nel punto di produzione, durante il trasporto o in qualsiasi altro punto lungo la catena del valore, nei prossimi decenni il metano atmosferico aumenterebbe, annullando alcuni dei benefici climatici dell’abbandono dei combustibili fossili».
E per l’idrogeno blu, prodotto tramite il reforming del metano con successiva cattura e stoccaggio del carbonio, la soglia per le emissioni è ancora più bassa: «Poiché il metano stesso è l’input principale per il processo di riformazione del metano, i produttori di idrogeno blu devono prendere in considerazione la perdita diretta di metano oltre alla perdita di idrogeno», avverto i ricercatori che hanno scoperto anche che «Con un tasso di perdita di metano pari allo 0,5%, le perdite di idrogeno dovrebbero essere mantenute al di sotto del 4,5% circa per evitare l’aumento delle concentrazioni atmosferiche di metano».
Per Bertagni, «La gestione dei tassi di perdita di idrogeno e metano sarà fondamentale. Se si ha solo una piccola quantità di perdite di metano e un po’ di perdite di idrogeno, allora l’idrogeno blu che si produce potrebbe non essere molto migliore rispetto all’utilizzo di combustibili fossili, almeno per i prossimi 20 o 30 anni».
I ricercatori hanno sottolineato l’importanza della scala temporale sulla quale viene considerato l’effetto dell’idrogeno sul metano atmosferico. Bertagni conclude: «A lungo termine (nel corso di un secolo, ad esempio), il passaggio a un’economia dell’idrogeno produrrebbe ancora probabilmente benefici netti per il clima, anche se i livelli di perdite di metano e idrogeno fossero sufficientemente elevati da provocare un riscaldamento a breve termine. Alla fine, ha affermato, le concentrazioni atmosferiche di gas raggiungeranno un nuovo equilibrio e il passaggio a un’economia dell’idrogeno dimostrerà i suoi benefici per il clima. Ma prima che ciò accada, le potenziali conseguenze a breve termine delle emissioni di idrogeno potrebbero portare a danni ambientali e socioeconomici irreparabili. Pertanto, se le istituzioni sperano di raggiungere gli obiettivi climatici di metà secolo, le perdite di idrogeno e metano nell’atmosfera devono essere tenute sotto controllo mentre le infrastrutture per l’idrogeno iniziano a svilupparsi. E poiché l’idrogeno è una piccola molecola notoriamente difficile da controllare e misurare, la gestione delle emissioni richiederà probabilmente ai ricercatori di sviluppare metodi migliori per monitorare le perdite di idrogeno lungo la catena del valore. Se aziende e governi sono seriamente intenzionati a investire denaro per sviluppare l’idrogeno come risorsa, devono assicurarsi di farlo in modo corretto ed efficiente. In definitiva, l’economia dell’idrogeno deve essere costruita in modo da non contrastare gli sforzi di altri settori per mitigare le emissioni di carbonio».