Ilaria Rosella Pagliaro Uno studio dell'Università del Michigan sottolinea l'importanza dell'idrogeno verde nella decarbonizzazione dei trasporti pesanti: l'efficienza energetica e l'uso strategico sono essenziali per il futuro sostenibile di trasporti su strada, ferrovia, aviazione e marittimi
L’idrogeno verde sta emergendo come una potenziale soluzione significativa per la decarbonizzazione del settore dei trasporti. Tuttavia, nuovi studi sull’efficienza energetica indicano che il suo impiego dovrebbe essere mirato ai trasporti pesanti su strada, ferrovia, aviazione e marittimo, come evidenziato da una ricerca dell’Università del Michigan.
L’idrogeno verde viene prodotto attraverso l’elettrolisi utilizzando energia rinnovabile per dividere l’acqua in idrogeno e ossigeno. Questo idrogeno può essere impiegato direttamente o trasformato in carburanti sintetici, noti anche come e-fuels, per ridurre le emissioni di carbonio nei trasporti stradali, ferroviari, marittimi e aerei. Il settore dei trasporti è responsabile di circa il 22% delle emissioni globali di anidride carbonica da combustibili fossili e del 37% di quelle statunitensi.
Per mitigare i cambiamenti climatici, è quindi fondamentale decarbonizzare sia i trasporti passeggeri che quelli merci, secondo i ricercatori. Essi hanno calcolato l’efficienza energetica totale del sistema nell’uso diretto dell’idrogeno o indiretto tramite e-fuels per alimentare aerei, treni, automobili e navi. L’efficienza del sistema energetico misura l’energia utilizzata per muovere le ruote per i trasporti terrestri e la spinta per aerei e navi rispetto all’energia elettrica rinnovabile totale investita.
I ricercatori dell’Università del Michigan hanno considerato sia l’uso diretto dell’idrogeno in motori o celle a combustibile, sia l’uso indiretto in forma di e-fuels come e-benzina, e-diesel, e-jet fuel, e-metanolo e e-ammoniaca. Confrontando questi utilizzi con le opzioni elettriche a batteria, hanno scoperto che le inefficienze del sistema durante la produzione, lo stoccaggio, il trasporto, la distribuzione e l’uso dell’idrogeno o degli e-fuels portano a una perdita di circa l’80%-90% dell’energia elettrica iniziale.
Al contrario, i trasporti alimentati elettricamente risultano da tre a otto volte più efficienti rispetto all’uso diretto dell’idrogeno o degli e-fuels. I risultati sono statu pubblicati sulla rivista Joule.
La strategia per l’uso dell’idrogeno verde nei trasporti pesanti
Greg Keoleian, co-direttore dell’iniziativa MI Hydrogen dell’Università del Michigan, ha sottolineato l’urgenza di decarbonizzare i trasporti a causa degli impatti negativi dei cambiamenti climatici:
Esaminiamo dove l’idrogeno può svolgere un ruolo considerando l’efficienza energetica per guidare il suo impiego insieme ad altri fattori come costi, tempi di rifornimento, autonomia e sicurezza.
L’iniziativa MI Hydrogen mira a promuovere la collaborazione tra ricercatori, gruppi comunitari, enti governativi e partner industriali per creare soluzioni a base di idrogeno che accelerino la transizione verso l’energia pulita. Il team di ricerca include scienziati del Centro per i Sistemi Sostenibili, del Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale e del Dipartimento di Architettura Navale e Ingegneria Marina dell’Università del Michigan.
Tim Wallington, autore principale del rapporto e specialista di ricerca nel Centro per i Sistemi Sostenibili, ha affermato che le fonti di elettricità rinnovabile negli Stati Uniti non sono sufficienti per sostenere la produzione di idrogeno per i veicoli leggeri:
L’idrogeno verde dovrebbe essere usato strategicamente nei trasporti pesanti su strada, ferroviari, aerei e marittimi, dove le alternative elettriche sono limitate da carichi e autonomia.
Secondo i ricercatori, l’uso dell’idrogeno come fonte di carburante per questi trasporti pesanti è sensato, ma richiede cambiamenti massicci nelle infrastrutture di rifornimento. L’uso di e-fuels a base di idrogeno eviterebbe questi cambiamenti, ma nella maggior parte dei casi risultano essere circa il 20%-50% meno efficienti rispetto all’uso diretto dell’idrogeno verde.
Per caratterizzare l’efficienza del sistema e visualizzare gli input energetici e le perdite per ogni percorso dell’idrogeno, il team di ricerca ha sviluppato una serie di 25 diagrammi di Sankey. Questi diagrammi partono dagli input di elettricità rinnovabile e tracciano i flussi energetici dalla produzione di idrogeno fino all’uso finale in una cella a combustibile, in un motore a combustione interna o in un turboventola nel caso degli aerei. Questi percorsi dell’idrogeno sono stati confrontati con un’altra serie di 6 diagrammi per tutte le opzioni elettriche.
I ricercatori hanno anche misurato l’intensità energetica di ogni percorso dell’idrogeno, ossia quanta energia rinnovabile è necessaria per spostare merci in tonnellate-miglia o persone in passeggeri-miglia per tutti i principali modi di trasporto, come sottolineato dal professor Keoleian:
Abbiamo scoperto che le tendenze qui seguono quelle dell’intensità energetica del trasporto basato su petrolio: con l’idrogeno, la ferrovia e la navigazione sono le più efficienti, mentre l’aereo è il meno efficiente perché deve sostenere quel peso in aria. Da una prospettiva di trasporto sostenibile, si vorrà utilizzare i modi più efficienti e meno energivori di trasporto. L’elettricità rinnovabile è una risorsa scarsa, quindi dobbiamo usarla saggiamente.
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Fonte: Joule – University of Michigan
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