Modellata la domanda di acqua per la produzione di idrogeno da fonti fossili ed elettrolitiche fino al 2030 e al 2050
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Il cambiamento climatico sta mettendo a dura prova le acque europee e la sicurezza degli approvvigionamenti. Con uno stress idrico che colpisce ogni anno il 20% della regione, appare sempre più urgente migliorare la resilienza. E questo significa anche ripensare al rapporto che lega oggi l’acqua all’energia. Non solo a livello di generazione elettrica tradizionale – idroelettrico, nucleare e centrali termoelettriche fossili – ma anche nella nuova produzione di idrogeno verde.
Elettrolisi, quanta acqua serve?
L’elettrolisi per funzionare richiede una quantità significativa di acqua, preferibilmente dolce, per evitare che i sali danneggino l’apparecchiatura e il più possibile pura.Da qui nasce necessariamente una considerazione sulla futura richiesta idrica della produzione di idrogeno in Europa.
Attualmente, l’elettrolisi PEM (Proton Exchange Membrane o membrana a scambio protonico) è la tecnologia più efficiente in termini di consumo idrico, con una media di 17,5 litri di acqua per chilogrammo di idrogeno generato. Di questa quantità, il 51% viene utilizzato direttamente nel processo di elettrolisi, mentre il restante 49% è destinato al raffreddamento.
Se consideriamo che l’Unione europea nella sua Hydrogen Strategy si è data come obiettivo una capacità di elettrolisi di circa 40 GW entro il 2030 (la cui fattibilità è ancora un discorso aperto), pari a una produzione di 10 milioni di tonnellate di idrogeno rinnovabile, possiamo stimare facilmente i consumi futuri.
Ipotizzando l’utilizzo della sola elettrolisi PEM per quella stessa data avremmo un consumo di circa 175 miliardi di litri d’acqua. Si tratterebbe a conti fatti di una frazione molto ridotta delle risorse europee: tra lo 0,15% e lo 0,18% della domanda annua di acqua dolce. Con valori leggermente in rialzo facendo entrare nel computo le altre tecnologie di elettrolisi.
Nel caso dell’elettrolisi alcalina, infatti, il consumo idrico totale sale, posizionandosi tipicamente tra 21 e 24 litri per kg di H2. Usando gli ossidi solidi avremmo valori compresi tra 11 e 17 litri per kg di H2.
Ovviamente l’acqua dolce non è la sola fonte disponibile. Buona parte delle ricerche di settore sta cercando di portare la produzione di idrogeno in mare, adattando la cella elettrolitica o integrando negli impianti dei desalinizzatori. Al momento questa opzione non riesce ad uscire dalla fase sperimentale, ma rappresenta un’opportunità parecchio allettante e non solo sotto il profilo idrico.
Vale la pena notare che la produzione di idrogeno grigio riporta consumi di acqua ben più elevati. Un classico impianto di Steam Methane Reforming richiede un totale di circa 20 litri di acqua per kg di H₂ che possono lievitare fino a 29,8 L/kg in caso di aggiunta di sistemi di cattura e stoccaggio del carbonio.
La domanda di acqua dolce della produzione di idrogeno europea
Partendo da queste stime il Centro comune di ricerca (JRC) della Commissione europea ha calcolato la pressione futura, pubblicando i risultati nel report Spatial assessment of the impact of hydrogen production on European freshwater resources. “Una stima approssimativa mostra che sarà necessario l’equivalente dello 0,08 – 0,12% della domanda annua di acqua dolce europea per raggiungere gli obiettivi REPowerEU per il 2030” sull’idrogeno. “Analogamente, lo scenario più ambizioso della Clean Hydrogen Joint Undertaking prevede che il raggiungimento di 67,5 Mt di produzione di idrogeno rinnovabile entro il 2050 richiederebbe l’equivalente dello 0,57 – 0,82% della domanda annua europea di acqua dolce”.
Ma se da un lato il volume totale richiesto a livello continentale non rappresenta una criticità, dall’altro la localizzazione degli impianti in aree specifiche soggette a maggior stress idrico potrebbe risultare sfidante. Per capire le dimensioni di questa possibile sfida il Centro ha deciso di valutare anche il potenziale rischio, in particolare nelle regioni in cui le fonti dolci sono già limitate.
Stress idrico, dove l’H2 aumenterà le criticità
Lo studio riporta diverse evidenze interessanti. Secondo i ricercatori entro il 2030 in Europa i siti di produzione di idrogeno saliranno a 1.162 dai 404 impianti operativi nel 2023, e, secondo lo scenario climatico pessimistico, una quota di circa il 7% opererà in bacini con stress idrico significativo. Al contrario il restante 91% si collocherà in aree con pressione minima.
Nonostante ciò, la localizzazione di alcuni progetti in regioni già afflitte da una scarsità idrica strutturale potrebbe rappresentare un problema. Il documento cita Spagna, Italia settentrionale, Grecia, Portogallo e alcuni bacini specifici della Francia centro-meridionale, dove le risorse idriche sono già sotto pressione per via dell’agricoltura, della densità abitativa o del clima. Qui la domanda d’acqua per l’idrogeno non sarà la causa primaria della scarsità, ma potrà amplificare le criticità locali.
