Idrogeno: ruolo e prospettive nel sistema energetico

L’idrogeno è sempre più al centro del dibattito sulla transizione energetica. È un gas leggero, abbondante e versatile, che può essere usato come vettore energetico alternativo ai combustibili e ai carburanti fossili per ridurre le emissioni climalteranti nei trasporti, nell’industria e anche negli edifici. Perché l’idrogeno diventi davvero protagonista, però, è necessario comprenderne le caratteristiche, le diverse modalità di produzione e i limiti tecnici e infrastrutturali ancora da superare.

In questa guida vediamo cos’è l’idrogeno, come si produce, quali sono le differenze tra le varie “colorazioni” (verde, blu, grigio), che ruolo ha nella rete gas europea e quali prospettive si aprono per il riscaldamento degli edifici e le tecnologie H₂Ready.

Indice dei contenuti

• Cos’è l’idrogeno
• Tipologie di idrogeno: verde, blu, grigio e altre colorazioni
• Come si produce l’idrogeno oggi
• Idrogeno e transizione energetica
• Idrogeno e rete gas: blending e compatibilità degli impianti
• Idrogeno e riscaldamento degli edifici
• Vantaggi e limiti dell’idrogeno
• Prospettive future dell’idrogeno: 2030–2050
• FAQ – Domande frequenti sull’idrogeno

Cos’è l’idrogeno

L’idrogeno (H₂) è l’elemento chimico più leggero e uno dei più abbondanti in natura. A temperatura e pressione ambiente si presenta come un gas incolore e inodore.

L’idrogeno è un gas molto “instabile”, cioè ha la tendenza ad aggrapparsi ad altri atomi per formare molecole più grandi, come l’acqua, legandosi con l’ossigeno, il metano, legandosi con quattro atomi di carbonio, e in molte altre molecole più complesse di idrocarburi gassosi, liquidi e solidi.

Si trova difficilmente puro in natura e va prodotto a partire da altre fonti (fossili o rinnovabili) e poi può essere immagazzinato, trasportato e utilizzato quando e dove serve.

Le proprietà che rendono l’idrogeno interessante per la transizione energetica sono principalmente due:

• alto potere calorifico per unità di massa, che consente di ottenere molta energia da una quantità relativamente ridotta di combustibile;
• assenza di emissioni di CO₂ in fase di utilizzo: la combustione o l’uso in celle a combustibile produce principalmente acqua; l’impatto ambientale dipende quindi dal modo in cui l’idrogeno è stato prodotto.

Tipologie di idrogeno: verde, blu, grigio e altre colorazioni

Quando si parla di idrogeno, spesso si usano dei “colori” per indicare come è stato prodotto e qual è il suo impatto ambientale complessivo. Le principali categorie sono:

Idrogeno grigio

L’idrogeno grigio è prodotto a partire da combustibili fossili, in particolare tramite reforming del gas naturale (steam methane reforming). È oggi la forma più diffusa, ma comporta emissioni significative di CO₂ in atmosfera e non è quindi allineata con gli obiettivi di decarbonizzazione.

Idrogeno blu

L’idrogeno blu utilizza ancora combustibili fossili come materia prima, ma abbina sistemi di cattura e stoccaggio della CO₂ (CCS – Carbon Capture and Storage). Una parte rilevante delle emissioni viene intercettata e confinata, riducendo l’impatto ambientale rispetto all’idrogeno grigio.

Idrogeno verde

L’idrogeno verde è prodotto tramite elettrolisi dell’acqua alimentata da energia elettrica rinnovabile (ad esempio fotovoltaico, eolico, idroelettrico). È considerato la forma di idrogeno con il miglior profilo di sostenibilità, perché nelle fasi di produzione e utilizzo non comporta emissioni dirette di CO₂.

Altre “colorazioni” di idrogeno

In letteratura si incontrano anche altre definizioni (idrogeno turchese, rosa, giallo, ecc.), legate a vari mix tra fonti fossili, nucleari e rinnovabili. Per la pianificazione energetica e per gli impianti termici, però, le categorie più rilevanti restano grigio, blu e verde.

Come si produce l’idrogeno oggi

Le principali tecnologie di produzione dell’idrogeno sono:

Elettrolisi dell’acqua

L’elettrolisi separa la molecola d'acqua (H₂O) in idrogeno e ossigeno utilizzando energia elettrica. Se l’elettricità proviene da fonti rinnovabili, si parla di idrogeno verde. È una tecnologia fondamentale per collegare la produzione rinnovabile (spesso variabile nel tempo) con i settori difficili da elettrificare direttamente.

Steam methane reforming (SMR)

È il processo più diffuso per produrre idrogeno a partire dal gas naturale. A seconda che le emissioni siano o meno catturate e stoccate, si ottiene idrogeno grigio o blu. È una tecnologia consolidata, ma legata alla disponibilità di gas combustibile e all’effettiva efficacia dei sistemi di cattura della CO₂.

Altre tecnologie emergenti

Esistono anche approcci innovativi, come la pirolisi del metano, i processi termo-chimici ad alta temperatura o la gassificazione di biomasse. Si tratta di tecnologie con diversi gradi di maturità, che potrebbero affiancare elettrolisi e reforming nei prossimi anni.

Idrogeno e transizione energetica

L’idrogeno è considerato uno dei pilastri della decarbonizzazione perché permette di:

• ridurre le emissioni nei settori hard-to-abate, come l’industria pesante e alcuni processi ad alta temperatura;
• sfruttare l’eccesso di produzione rinnovabile, trasformando l’elettricità in idrogeno (power-to-gas) e immagazzinandola per un uso differito;
• offrire una soluzione per i trasporti pesanti, dove l’elettrificazione diretta può risultare complessa;
• integrare e, in parte, decarbonizzare l’uso del gas naturale attraverso miscele gas-idrogeno.

La strategia europea sull’idrogeno e i diversi piani nazionali puntano a sviluppare una vera e propria “hydrogen economy”, in cui produzione, trasporto, stoccaggio e utilizzo siano integrati in modo efficiente con il sistema energetico complessivo.

Idrogeno e rete gas: blending e compatibilità degli impianti

Uno degli ambiti più discussi riguarda l’impiego dell’idrogeno all’interno della rete gas esistente. Immettere una percentuale di idrogeno nella rete di gas naturale (blending) consente di ridurre le emissioni del gas distribuito, senza dover costruire da zero infrastrutture dedicate.

Questi temi sono approfonditi nell’articolo dedicato a l’impatto dell’idrogeno nella rete gas dell’Unione Europea, dove vengono analizzati in dettaglio:

• i limiti tecnici di blending nelle diverse tratte di rete;
• la compatibilità dei materiali con miscele gas-idrogeno;
• gli scenari normativi e le strategie europee per l’H₂ nel medio-lungo periodo.

In sintesi, oggi si sta lavorando per portare progressivamente le reti a essere H₂Ready, con componenti e apparecchi in grado di funzionare in sicurezza con miscele che includono una quota sempre maggiore di idrogeno.

Idrogeno e riscaldamento degli edifici

L’idrogeno viene spesso citato anche come possibile soluzione per il riscaldamento degli edifici. In questo ambito le strade principali sono due:

• miscele gas naturale + idrogeno utilizzate negli impianti esistenti o in apparecchi H₂Ready, in grado di funzionare con una percentuale di idrogeno nel combustibile;
• soluzioni dedicate (caldaie o sistemi termici specifici per idrogeno) che potranno trovare applicazione in contesti selezionati, soprattutto a valle di reti o distretti energetici pensati per funzionare interamente con H₂ (hydrogen valley).

Per gli impianti termici, la transizione più immediata è rappresentata proprio dalle soluzioni H₂Ready 20%, cioè apparecchi progettati per funzionare con miscele di gas che includono fino al 20% di idrogeno in volume, mantenendo livelli di sicurezza e performance adeguati.

Questi temi, con un focus specifico sugli impianti di riscaldamento e sugli scenari futuri, sono approfonditi nell’articolo “Idrogeno, il gas verde del futuro”, che analizza vantaggi, criticità e condizioni necessarie perché l’idrogeno possa realmente diventare un protagonista nel settore residenziale, terziario e industriale.

Vantaggi e limiti dell’idrogeno

Vantaggi principali

• Versatilità d’uso: può alimentare processi industriali, trasporti, produzione di elettricità e calore.
• Zero emissioni in fase di produzione e di utilizzo se prodotto da fonti rinnovabili (idrogeno verde).
• Capacità di stoccaggio dell’energia in forma chimica, utile per integrare la generazione rinnovabile e per sfruttare la sovraproduzione di energia rinnovabile altrimenti non utilizzabile.
• Potenziale di decarbonizzazione nei settori dove l’elettrificazione diretta è complessa o poco efficiente.

Limiti e criticità

• Costi di produzione ancora elevati per l’idrogeno verde, legati sia alle tecnologie che al prezzo dell’elettricità rinnovabile.
• Rendimenti complessivi non sempre competitivi rispetto ad altre soluzioni dirette, soprattutto quando si parte da energia elettrica per poi tornare a calore o elettricità.
• Infrastrutture da adeguare: stoccaggio, trasporto e distribuzione richiedono investimenti significativi.
• Gestione della sicurezza: l’idrogeno ha caratteristiche diverse dal metano e richiede attenzione nella progettazione degli impianti.

Prospettive future dell’idrogeno: 2030–2050

Nel medio-lungo periodo, l’idrogeno è destinato a giocare un ruolo crescente nel mix energetico europeo e globale. Entro il 2030 ci si attende un forte sviluppo di:

• impianti di elettrolisi su larga scala alimentati da rinnovabili, sempre più efficienti;
• progetti pilota e distretti H2 per l’industria e i trasporti;
• adeguamento progressivo della rete gas alle miscele con idrogeno.

Guardando al 2050, l’idrogeno potrebbe diventare un tassello strutturale della neutralità climatica, soprattutto nei settori difficili da elettrificare e nei sistemi energetici integrati, dove gas, elettricità e soluzioni multi-energia lavorano insieme per ottimizzare efficienza, costi e impatti ambientali.

Un quadro più ampio sul ruolo dell’idrogeno verde nella transizione energetica è disponibile nell’articolo dedicato a “Idrogeno verde, il vettore numero uno della transizione energetica”, dove si analizzano benefici, limiti e prospettive di questa tecnologia.

FAQ – Domande frequenti sull’idrogeno

Cos’è l’idrogeno e perché se ne parla tanto?

L’idrogeno è un vettore energetico che può essere prodotto da diverse fonti e utilizzato in molti settori. Se prodotto da energie rinnovabili (idrogeno verde) consente di ridurre fortemente le emissioni di CO₂, per questo è considerato uno dei pilastri della transizione energetica.

Che differenza c’è tra idrogeno verde, blu e grigio?

L’idrogeno grigio è prodotto da combustibili fossili senza cattura della CO₂. L’idrogeno blu utilizza ancora fonti fossili, ma abbina sistemi di cattura e stoccaggio delle emissioni. L’idrogeno verde è ottenuto tramite elettrolisi alimentata da fonti rinnovabili ed è la soluzione con il miglior profilo ambientale.

L’idrogeno può essere distribuito nella rete gas esistente?

Sì, entro certi limiti. Oggi si lavora soprattutto su miscele gas naturale + idrogeno (blending), verificando la compatibilità dei materiali e degli apparecchi. Nel tempo, l’obiettivo è rendere progressivamente H₂Ready le infrastrutture e i sistemi di utilizzo.

L’idrogeno potrà sostituire il gas per il riscaldamento degli edifici?

Nel breve periodo, l’evoluzione più concreta riguarda apparecchi e sistemi H₂Ready, in grado di funzionare con miscele gas-idrogeno. Nel lungo periodo, in alcuni contesti locali potrebbero svilupparsi reti dedicate all’idrogeno, ma la diffusione dipenderà da costi, infrastrutture e politiche energetiche.

Qual è il ruolo dell’idrogeno rispetto all’elettrificazione?

L’idrogeno non è un’alternativa “contro” l’elettrificazione, ma un complemento. In molti casi l’elettrificazione diretta resta la via più efficiente. L’idrogeno è particolarmente utile dove servono alte temperature, grande flessibilità di stoccaggio o dove l’elettrificazione è poco pratica o troppo costosa.