Le costruzioni per il Green Deal: i possibili benefici economici ed ambientali dell'idrogeno

Il settore delle costruzioni è tra i più energivori e tutte le strategie di rilancio economico degli ultimi anni hanno promosso e sostenuto azioni di riqualificazione del patrimonio edilizio volte ad aumentarne l’efficienza energetica ed a ridurne gli impatti ambientali.
In continuità con la strategia introdotta sin dal 2009 dal Recovery Plan di Barroso, la Commissione von der Leyen con il Green Deal europeo punta a far diventare l’Europa il primo continente ad impatto zero, prevedendo azioni in diversi settori che, in un’ottica sistemica, devono integrarsi per contribuire agli obiettivi finali di decarbonizzazione.

Le strategie energetiche dell’Unione Europea puntano molto sul cosiddetto Idrogeno verde, ovvero quello prodotto attraverso l’impiego di energia da fonti rinnovabili.  

Il settore delle costruzioni può essere interessato sin da subito alle possibili applicazioni dell’Idrogeno verde e, in prospettiva, la riqualificazione del patrimonio edilizio e la produzione e l’uso di idrogeno verde potranno integrarsi sempre di più. 

Gli obiettivi del Green Deal Europeo sono chiari:

• Far diventare l’Europa climaticamente neutra entro il 2050;

• Proteggere vite umane, animali e piante riducendo l’inquinamento

• Aiutare le imprese a diventare leader mondiali nel campo delle tecnologie e dei prodotti puliti

• Contribuire a una transizione giusta e inclusiva

Da un punto di vista operativo, per il raggiungimento di questi obiettivi sono stati predisposti alcuni documenti di indirizzo settoriali:

• La Strategia Europea a supporto di una economia ad impatto zero che ha previsto di individuare sistemi energetici più efficienti e basati sul concetto di circolarità, una maggiore elettrificazione degli usi finali dell’energia, un ricorso massiccio alle fonti rinnovabili o ai combustibili low carbon.
• L’ondata di ristrutturazioni per l’Europa: che indica come obiettivo generale, la necessità di stimolare la ristrutturazione del patrimonio edilizio a supporto della neutralità climatica e della ripresa economica. Gli interventi sul patrimonio edilizio dovranno essere improntati ai concetti di efficienza energetica, di decarbonizzazione e integrazione delle rinnovabili, al concetto di ciclo di vita e circolarità e dovranno affrontare in contemporanea la duplice sfida della transizione verde e digitale. Tra le azioni specifiche si promuoverà la decarbonizzazione del riscaldamento e del raffrescamento degli ambienti, e l’uso di gas decarbonizzati. 

L’Idrogeno verde può essere una delle soluzioni che contribuiscono all’integrazione ed alla realizzazione di entrambe le strategie.

L'idrogeno può essere usato come materia prima, come combustibile, come vettore o accumulatore di energia e ha molte possibili applicazioni nei settori dell'industria, dei trasporti, dell'energia elettrica e dell'edilizia; quando viene usato, l’idrogeno non emette CO₂ e non causa alcun inquinamento atmosferico.

Però, anche se è l'elemento più abbondante in natura è scarsamente presente allo stato libero; deve essere prodotto attraverso diversi processi ad elevato impatto ambientale, in gran parte ancora basati su combustibili fossili, in particolare gas naturale o carbone. 

Un’interessante alternativa è rappresentata dall’idrogeno prodotto da fonti rinnovabili definito anche Idrogeno rinnovabile o Idrogeno verde prodotto attraverso l'elettrolisi dell'acqua in un elettrolizzatore alimentato da energia da fonti rinnovabili, in questo modo le emissioni di gas serra dovuto al suo intero ciclo di vita risultano praticamente nulle. 

Per questo motivo l’Unione Europea si è data come priorità lo sviluppo della filiera dell’idrogeno rinnovabile  che usi principalmente energia eolica e solare. In questo modo si sfrutterà il primato dell'industria europea nella produzione di elettrolizzatori, si sosterrà un sistema energetico integrato ed efficiente sotto il profilo dei costi e si creeranno nuovi posti di lavoro favorendo la crescita economica nell'UE.

Questa strategia prevede due orizzonti temporali: 

- In una prima fase, entro il 2030, l’installazione di 40 GW di elettrolizzatori per l'idrogeno rinnovabile (10 mln di t annuo di idrogeno verde da rinnovabile con un costo di produzione tra 1 e 2 € al kg di idrogeno prodotto), consentirà all'idrogeno di diventare una parte imprescindibile del nostro sistema energetico integrato. Comincerà a svolgere un'azione di bilanciamento del sistema elettrico fondato sulle rinnovabili: trasformerà l'energia elettrica rinnovabile in idrogeno quando è abbondante ed economica, sarà usato anche per lo stoccaggio quotidiano o stagionale e fungerà da riserva e da buffer, migliorando la sicurezza dell'approvvigionamento a medio termine. 

- Successivamente, entro il 2050, le tecnologie basate sull'idrogeno rinnovabile dovrebbero raggiungere la maturità e trovare applicazione su larga scala per raggiungere tutti i settori difficili da decarbonizzare (500 GW di elettrolizzatori al 2050, non meno di 125 mln di t di idrogeno).

Sempre in riferimento agli stessi orizzonti temporali, intervenendo sul patrimonio edilizio, è necessario un approccio, che, da un lato promuova la diffusione delle tecnologie per l’idrogeno già disponibili e dall’altro supporti lo sviluppo di soluzioni innovative e più efficaci al fine di ridurre i fabbisogni energetici e gli impatti ambientali e di ottimizzare l’uso e lo stoccaggio dell’energia prodotta da fonti rinnovabili.

Una prima fase, da oggi al 2030, deve prevedere l’applicazione diffusa di alcuni concetti ampiamente condivisi e di alcune tecnologie che sono già sufficientemente mature. 

Attraverso specifici sistemi di monitoraggio e gestione dei consumi, si riesce già ad assicurare il comfort interno ed a sfruttare appieno l’energia prodotta da impianti locali da fonti rinnovabili su un singolo edificio. Parallelamente, gli impianti di riscaldamento possono già essere alimentati da metano Blended (con frazioni di idrogeno comprese tra il 5% ed il 10%). Allo stesso modo, passando dalla scala del singolo edificio ad applicazioni più vaste, gruppi di edifici riscaldati da pompe di calore e collegati ad una rete locale possono condividere l’energia prodotta dai pannelli fotovoltaici installati sui loro tetti e possono usufruire di impianti comuni di accumulo termico dimostrando come gli edifici si stiano trasformando da consumatori a produttori di energia, con un'elevata efficienza energetica. 

Entro il 2050, in quest’ottica l’idrogeno verde può svolgere un ruolo fondamentale: una soluzione, tra l’altro già sperimentata sia alla scala del singolo edificio che a quella di quartiere, può essere rappresentata dall’uso dell’idrogeno verde quale sistema di accumulo energetico.

Sia nel caso di applicazioni isolate che nel caso di interventi a scala di quartiere, attualmente è difficile soddisfare i consumi energetici con la produzione da fonti rinnovabili a causa delle variazioni quotidiane e stagionali sia dei fabbisogni che della produzione di energia: gli impianti di accumulo termico o elettrico non sono sempre sufficienti a compensare gli sfalsamenti tra produzione e consumi energetici locali né, tantomeno quelle stagionali. 

In futuro, sviluppando ulteriormente tecnologie già esistenti, l’energia prodotta localmente da fonti rinnovabili potrà essere usata sul posto e, nei momenti di maggiore produzione e minore richiesta, potrà essere utilizzata per ricaricare batterie elettriche tampone o per produrre idrogeno verde attraverso un elettrolizzatore. L’idrogeno sarà poi stoccato e usato in un secondo momento per compensare i momenti di massima richiesta e minore produzione energetica.  

L’Unione Europea punta molto sull’idrogeno verde

Da un’analisi di diversi possibili scenari di decarbonizzazione dell’energia al 2050  sono emerse valutazioni non sempre concordanti: alcuni studi non prevedono un grande futuro per l’idrogeno altri invece ritengono che entro il 2050 la frazione di energia fornita dall’idrogeno possa arrivare fino al 20% dei fabbisogni totali; di questa frazione, alcune analisi prevedono che una quota rilevante sarà usata direttamente dagli edifici ed altre non prevedono alcuna applicazione dell’idrogeno per il settore residenziale. 

Hydrogen use in EU decarbonisation scenarios - JRC

Le analisi contenute nei documenti redatti dall’Unione Europea  prevedono, in ogni caso, che entro il 2050 la frazione di energia prodotta da idrogeno e suoi derivati sia compresa tra il 16% ed il 19% e, di questa, una quota del 25% venga utilizzata per fornire energia agli edifici.  

Ma come si è visto, l’Unione Europea, punta molto sull’idrogeno verde, tanto da supportare l’installazione massiccia di elettrolizzatori per la sua produzione e da prevedere una specifica strategia di ricerca che supporti lo sviluppo e la diffusione delle tecnologie destinate sia alla produzione che allo stoccaggio e trasporto che a tutti gli usi finali. 

Parallelamente, alcune iniziative nazionali hanno già previsto di supportare le applicazioni dell’idrogeno in edilizia: 

• Nel Regno Unito, il progetto H21 North of England si propone di fornire il 100% di idrogeno tramite conduttura agli edifici. Questo progetto mira a fornire idrogeno per 180 ktH2/anno entro il 2025 ed arrivare a 2 MtH2/anno entro il 2035 .
• In Germania invece, si incentivano i consumatori ad installare celle a combustibile negli edifici, con finanziamenti per compensare i costi aggiuntivi degli impianti .
• In Svezia un piccolo costruttore edile pubblico, con la collaborazione di società energetiche scandinave, ha realizzato il primo impianto commerciale di media taglia a idrogeno per rendere energeticamente autonomi sei condomini con 176 appartamenti .

Che cosa sta facendo l'Italia?

Iniziative come l’ondata di ristrutturazioni per l’Europa, per l’Italia non sono una novità: l’Eco-Bonus ed il Sisma-Bonus si basano sulla stessa logica di incentivi a supporto della riqualificazione del patrimonio edilizio e hanno le stesse finalità: rilancio dell’economia, efficientamento energetico ed adeguamento del patrimonio edilizio. 

L’emergenza COVID ha ulteriormente evidenziato le necessità di rilancio economico attraverso la riqualificazione del patrimonio edilizio e il governo, attraverso il Decreto Rilancio ha introdotto il Superbonus che,  per l’Italia, è, di fatto, un’opportunità anche per la diffusione delle tecnologie per l’Idrogeno; di particolare interesse sono gli incentivi sui micro-cogeneratori che vengono rilasciati garantendo:

a. che l’intervento, sulla base dei dati di progetto, conduce a un risparmio di energia primaria (PES - Primary Energy Savings) pari almeno al 20 per cento;

b. che tutta l’energia termica prodotta sarà utilizzata per soddisfare la richiesta termica per la climatizzazione degli ambienti e la produzione di acqua calda sanitaria.

Il Superbonus e gli incentivi ai micro-generatori

Nella categoria dei micro-cogeneratori che hanno diritto alle agevolazioni si inseriscono anche quelli a celle a combustibile alimentati a metano, questi ultimi, tramite un’unità di reforming consentono la produzione dell’idrogeno da metano con ulteriori aspetti positivi:

1. l’assenza di emissioni di particolato e di gas inquinanti quali NOx, SOx e l’abbattimento del 50% delle emissioni di CO₂ rispetto ad una normale caldaia a metano.

2. Il sistema è assolutamente silenzioso (essendo senza vibrazioni poiché privo di motori a combustione interna) e quindi privo di inquinamento acustico e idoneo a qualsiasi contesto.

Altra opportunità per la diffusione delle tecnologie per l’Idrogeno è rappresentata dal Blending o “Miscelazione” dell’idrogeno. L’utilizzo dei micro-cogeneratori alimentati a metano miscelato con idrogeno può rappresentare un primo passo della transizione verso l’Idrogeno, già promossa a scala nazionale (ed internazionale) da SNAM. La riconversione delle attuali infrastrutture di distribuzione del metano (al 70% già compatibili con il trasporto dell’idrogeno) aprirebbe la strada ad un uso diffuso dell’idrogeno e consentirebbe all’Italia di sfruttare il vantaggio competitivo derivante dalla sua posizione di collegamento tra l’Africa e l’Europa in previsione di una massiccia produzione di Idrogeno verde da fotovoltaico in Nord-Africa.

Entro il 2030 prevista l'installazione di 5 GW di elettrolizzatori

Ulteriori iniziative a supporto della filiera dell’idrogeno sono quelle previste dal Ministero per lo Sviluppo Economico che indicano l’installazione, entro il 2030, di 5 GW di elettrolizzatori in Italia .

Da un punto di vista della ricerca, il Ministero dell’Università e Ricerca ha emesso le prime linee guida per della “Strategia italiana ricerca idrogeno” (Siri) che, oltre all’avanzamento delle conoscenze e delle tecnologie, prende anche in considerazione gli utilizzi finali dell’idrogeno: applicazioni nell’industria e nell’edilizia, mobilità sostenibile, sfruttamento ottimale delle risorse rinnovabili.

In coerenza con le strategie di supporto alla ricerca dell’Unione Europea, l’Associazione Italiana Idrogeno e Celle a Combustibile (H2IT ), che raggruppa l’intera filiera industriale e della ricerca, evidenzia la necessità di interventi pilota a sostegno della diffusione delle tecnologie per l’idrogeno. L’Italia, da un punto di vista industriale, può posizionarsi strategicamente in tutti i settori di riferimento della filiera idrogeno: produzione, logistica e trasporto, usi finali nella mobilità, industria e residenziale .

Diverse attività di sperimentazione sono già state avviate come, ad esempio, la sperimentazione del blending o miscelazione dell’idrogeno nei condotti a metano già esistenti, avviata da SNAM in provincia di Salerno o quella connessa alla produzione diretta di idrogeno verde proposta da ENEL nel progetto pilota per rendere Ginostra -piccolo centro abitato delle Eolie- completamente indipendente dal punto di vista energetico. 

È opportuno supportare anche la sperimentazione delle possibili applicazioni finali dell’idrogeno verde in relazione al settore edilizio sia residenziale, che commerciale; l’idrogeno, del resto, vanta una tecnologia già pronta per piccoli impianti (edifici singoli) o per impianti di media potenza (30 kW di celle a combustibile).

Come già sperimentato con successo in Svezia (Vårgårda) l’uso dell’idrogeno come sistema di accumulo di energia prodotta da fonti rinnovabili può consentire di alimentare fino a 6 condomini anche nei momenti in cui gli impianti non producono energia localmente rendendoli autonomi dalla rete elettrica.

Una campagna di sperimentazione italiana consentirebbe, alla filiera nazionale, di validare le tecnologie già disponibili e di acquisire un vantaggio competitivo da consolidare a livello internazionale.  

A questo bisogna aggiungere le ricadute positive sull’ambiente e la salute connesse alla progressiva decarbonizzazione dei consumi energetici. L’Agenzia europea dell’ambiente nel suo rapporto “Air quality in Europe” mostra che l’Italia è il primo paese in Europa per morti premature da biossido di azoto e ozono (14.600 e 3.000 vittime all’anno) ed il secondo per morti dovute al particolato (PM 2,5 con 58.600 morti all’anno). Numeri non trascurabili che, annualmente, causano un numero di decessi superiore a quello causate dal COVID-19 dall’inizio della pandemia in Italia.

Un esempio di possibile applicazione in Italia 

A titolo di esempio, si riporta di seguito una valutazione dei possibili benefici, economici ed ambientali, che può avere (già oggi) l’applicazione delle tecnologie per l’idrogeno in un intervento di riqualificazione energetica su una casa monofamiliare. 

È necessario evidenziare che si tratta di un mero esercizio teorico in cui si ipotizza di partire da un “edificio residenziale tipo” per fare delle valutazioni sulle prestazioni energetiche ed i potenziali di risparmio energetico raggiungibili, prima attraverso normali azioni di riqualificazioni dell’involucro edilizio e degli impianti termici e, successivamente, ipotizzando di sostituire gli apporti esterni di energia primaria non rinnovabile (EPgl,nren) con l’energia prodotta localmente tramite l’impiego di fonti rinnovabili (fotovoltaico) e l’uso delle tecnologie di produzione e stoccaggio di idrogeno che rendono l’edificio realmente eco-friendly. 

L’esempio prende spunto da alcuni risultati del progetto TABULA sviluppato dal dipartimento di energia del Politecnico di Torino.  Questo studio ha individuato alcuni edifici tipo, rappresentativi del panorama edilizio italiano, e su questi ha valutato gli effetti di un intervento di riqualificazione energetica. 

Nello specifico è stato considerato come caso studio un edificio in classe energetica F costruito tra il 1990 e il 2005 con una caldaia tradizionale a metano per la fornitura di acqua calda sanitaria (ACS) e per il riscaldamento. L’abitazione monofamiliare analizzata ha una superficie calpestabile di 172 mq ed è, inizialmente, in classe energetica F (EPgl,nren: 25.043 kWh).

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