Il Giappone ha costruito la terza economia del mondo su una base industriale alimentata da petrolio, gas e carbone importati.
Ora, sta progettando di spostare una grossa fetta di quell’energia all’idrogeno, in una delle più grandi scommesse del mondo su una fonte di energia a lungo considerata troppo costosa e inefficiente per essere realistica – scrive il WSJ.
Il cambiamento è un pezzo vitale del piano del paese per eliminare le emissioni di carbonio in 30 anni. Se avrà successo, potrebbe anche gettare le basi per una catena di approvvigionamento globale che permetterebbe finalmente all’idrogeno di diventare una fonte di energia propria e di mettere in disparte il petrolio e il carbone – in modo simile al modo in cui il paese ha aperto la strada al gas naturale liquefatto negli anni ’70, dicono alcuni esperti.
L’idrogeno è stato ipnotizzato prima, e ci sono ancora grandi sfide economiche e tecniche da superare. L’approccio del Giappone sarà probabilmente un processo graduale di allontanamento dai combustibili fossili nel corso di molti anni, quindi non taglierà le emissioni di carbonio rapidamente all’inizio. Né risolverà la sua dipendenza dall’energia straniera. Il paese sta progettando di usare inizialmente idrogeno prodotto in gran parte da combustibili fossili importati.
Ma come molti paesi, il Giappone si sta rendendo conto che non può raggiungere il suo obiettivo di zero emissioni entro il 2050 solo con fonti rinnovabili come il solare e il vento. L’idrogeno emette vapore acqueo quando viene usato, piuttosto che gas serra come l’anidride carbonica. Può essere usato per sostituire i combustibili fossili nelle industrie dove le fonti rinnovabili non funzionano bene.
Il governo giapponese ha più che raddoppiato il suo budget di ricerca e sviluppo legato all’idrogeno a quasi 300 milioni di dollari nei due anni fino al 2019, una cifra che non include i milioni investiti dalle aziende private.
A dicembre, il Giappone ha pubblicato una tabella di marcia preliminare che prevede che l’idrogeno e i combustibili correlati forniscano il 10% dell’energia per la generazione di elettricità – da praticamente zero ora – così come una parte significativa dell’energia per altri usi come la spedizione o la produzione di acciaio entro il 2050. Il governo sta affinando un piano energetico finale ora, che potrebbe contenere obiettivi ufficiali per lo sviluppo dell’idrogeno e una stima di quanto costerà.
Alla fine, il governo dovrebbe fornire sussidi, così come disincentivi per le tecnologie che emettono carbonio. Le centrali industriali del Giappone stanno costruendo navi, terminali di gas e altre infrastrutture per rendere l’idrogeno una grande parte della vita quotidiana.
La più grande compagnia elettrica del Giappone, JERA Co. sta progettando di ridurre le emissioni di carbonio mescolando l’ammoniaca composta da idrogeno nelle sue centrali a carbone, e a maggio ha firmato un memorandum d’intesa con uno dei più grandi produttori di ammoniaca del mondo per sviluppare la fornitura.
I conglomerati del paese sono alla ricerca di luoghi dove approvvigionarsi di ammoniaca e idrogeno. Compagnie di navigazione come la Nippon Yusen Kabushiki Kaisha stanno progettando barche che funzionano con questi combustibili.
L’idrogeno può anche essere immagazzinato e utilizzato nelle celle a combustibile, che racchiudono più potenza nella stessa quantità di spazio delle batterie elettriche. Questo rende l’idrogeno più adatto agli aerei o alle navi che devono trasportare forniture di energia per lunghe distanze.
Un altro vantaggio è che l’idrogeno è una tecnologia in cui il Giappone può prendere l’iniziativa e ridurre la dipendenza dalla Cina, che sta emergendo come una grande potenza energetica alternativa e il più grande fornitore mondiale di pannelli solari e batterie elettriche.
Con l’80% dei pannelli solari che ora provengono dalla Cina, “abbiamo qualche preoccupazione” sulla sicurezza energetica futura, dice Masakazu Toyoda, presidente dell’Istituto di economia energetica del Giappone, che siede anche in un comitato che consiglia il governo sulla strategia energetica.
L’Agenzia Internazionale dell’Energia ha detto a maggio che l’idrogeno sarà necessario, insieme all’energia solare ed eolica, se il mondo vuole raggiungere le emissioni nette di carbonio zero entro il 2050. La sua tabella di marcia per il modo più “tecnicamente fattibile” per arrivarci ha previsto che l’idrogeno e i combustibili correlati costituiranno il 13% del mix energetico totale quell’anno, mentre gli investimenti potrebbero superare i 470 miliardi di dollari all’anno.
Negli Stati Uniti, alcuni stati e aziende stanno investendo in progetti di idrogeno come le stazioni di rifornimento, anche se gli sforzi sono ancora sporadici.
L’Unione europea l’anno scorso ha presentato la propria strategia sull’idrogeno e ha stimato che gli investimenti nell’industria potrebbero raggiungere centinaia di miliardi di dollari entro il 2050. Diverse compagnie petrolifere europee, tra cui Royal Dutch Shell PLC e BP PLC, stanno sostenendo nuovi progetti di idrogeno. Airbus quest’anno ha svelato i piani per tre aerei alimentati a idrogeno.
Altrove in Asia, un consorzio di conglomerati sudcoreani tra cui Hyundai a marzo ha annunciato 38 miliardi di dollari in investimenti legati all’idrogeno entro il 2030. La Cina prevede di avere centinaia di autobus a idrogeno pronti per le Olimpiadi invernali di Pechino all’inizio del 2022.
Un problema chiave è che l’idrogeno non si trova da solo in natura, il che significa che deve essere estratto da composti come l’acqua o i combustibili fossili. Questo richiede energia. Ci vuole più energia per produrre idrogeno puro di quanta ne esca quando l’idrogeno viene consumato.
I modi più comuni di produrre idrogeno, estraendolo dal gas naturale o dal carbone, producono anche molta anidride carbonica. L’obiettivo a lungo termine è di produrre idrogeno in modo “verde”, usando elettricità da fonti di energia rinnovabile, ma per ora è più costoso.
Anche conservare e trasportare l’idrogeno è difficile. Il gas è così leggero e occupa così tanto spazio a temperature normali che deve essere compresso o liquefatto per essere trasportato in modo efficiente. L’idrogeno non si trasforma in liquido finché non viene raffreddato a meno 253 gradi Celsius, appena 20 gradi più caldo dello zero assoluto.
Il piano del Giappone potrebbe essere uno dei più importanti al mondo per la sua audace idea di usare l’ammoniaca. L’ammoniaca, un composto di azoto e idrogeno che non emette anidride carbonica, risolve alcuni dei problemi dell’idrogeno. È più costoso da produrre, ma molto più facile da trasportare e immagazzinare – e quindi commerciare – dell’idrogeno puro. Ed è già prodotto in grandi quantità in tutto il mondo, soprattutto per i fertilizzanti.
I critici dicono che l’idrogeno e i combustibili correlati non valgono lo sforzo. Generare elettricità dall’idrogeno puro in Giappone costerebbe attualmente circa otto volte di più del gas naturale o del solare e nove volte di più del carbone, secondo alcune stime.
Greenpeace ha stroncato i piani giapponesi di generazione di energia dall’ammoniaca. Ha concluso in un’analisi di marzo che l’idea era “un costoso greenwash,” perché probabilmente comporterà ancora alcune emissioni di gas serra e costerà più che produrre energia con energia rinnovabile.
Volkswagen stima che i veicoli elettrici alimentati a idrogeno utilizzano fino a tre volte più energia di quelli alimentati a batteria. L’amministratore delegato di Tesla, Elon Musk, ha definito stupide le celle a combustibile a idrogeno per le auto.
Ma le circostanze del Giappone significano che ha opzioni limitate. Importa quasi il 90% dell’energia che usa, e ha poco spazio per costruire impianti solari o eolici. Il Giappone ha chiuso la maggior parte delle sue centrali nucleari dopo che lo tsunami del 2011 ha causato la fusione di una di esse a Fukushima; il pubblico rimane in gran parte contrario al nucleare.
La tabella di marcia a zero emissioni di carbonio che il Ministero dell’Economia, del Commercio e dell’Industria del Giappone ha svelato a dicembre prevedeva l’importazione di milioni di tonnellate di ammoniaca.
“È uno sforzo enorme”, dice Ryo Minami, direttore generale del dipartimento del petrolio, del gas e delle risorse minerali del METI, che sta guidando la sua strategia sull’ammoniaca. “Il Giappone si sta imbarcando in qualcosa che non è mai stato fatto in tutto il mondo”.
Anche se il Giappone si è dedicato all’idrogeno fin dagli anni ’70, la commercializzazione è stata lenta. Gli atteggiamenti hanno cominciato a cambiare qualche anno fa, dopo un progetto di ricerca sponsorizzato dal governo e guidato da Shigeru Muraki, un ex vice presidente della Tokyo Gas Co. Muraki ha proposto di iniziare con l’ammoniaca fino alla maturazione delle tecnologie che utilizzano l’idrogeno puro.
Il gruppo del signor Muraki ha scoperto che potrebbe essere bruciato nelle attuali centrali termiche a carbone e a gas, che attualmente producono tre quarti dell’elettricità del Giappone. Anche se la combustione emette ossido di azoto, un gas serra, gli ingegneri giapponesi hanno lavorato per ridurre le emissioni e dicono che il resto può essere filtrato in modo da non essere rilasciato.
I servizi giapponesi potrebbero prima assicurarsi l’ammoniaca prodotta dai combustibili fossili e trovare il modo di catturare o compensare l’anidride carbonica emessa durante quel processo, ha ragionato il signor Muraki. Potrebbero passare all’ammoniaca “verde” man mano che la domanda cresce e i prezzi scendono.
Il signor Muraki ha parlato dell’idea ai funzionari del governo, come il signor Minami del ministero dell’economia. Il problema era che il Giappone aveva bisogno di economie di scala per far scendere i prezzi dell’idrogeno o dell’ammoniaca, e nessun grande consumatore era emerso.
È qui che è entrata in gioco JERA. Il produttore di energia è stato formato dopo che il disastro della centrale nucleare di Fukushima ha lasciato il suo operatore, Tokyo Electric Power Co, in cattive condizioni finanziarie. Nel 2019, Tepco e un’altra grande utility hanno trasferito le loro centrali termiche a JERA, lasciandole con impianti che fornivano circa un terzo dell’elettricità del Giappone.
JERA ha calcolato che passare il potere del Giappone all’energia interamente rinnovabile significherebbe ricostruire la rete elettrica del paese, un processo costoso e che richiede tempo, dice Hisahide Okuda, capo del dipartimento di strategia di JERA. Ma la rete esistente potrebbe sostenere abbastanza energia rinnovabile per soddisfare la metà della domanda del paese.
Per decarbonizzare il resto, il signor Okuda si è rivolto all’ammoniaca e ha conquistato i membri scettici del consiglio di amministrazione. JERA ha svelato il suo piano per spostare le sue centrali a carbone verso un mix di ammoniaca in ottobre.
A Yokohama, il produttore dell’industria pesante IHI Corp. sta adattando le turbine a gas per bruciare una miscela ammoniaca-gas.
Tutto quello che bisogna fare è sostituire il bruciatore, dice Masahiro Uchida, un ricercatore senior della IHI, indicando un cilindro color bronzo in cima alla camera della turbina principale. IHI ha anche capito come adattare i forni a carbone, e spera di venderli in paesi come l’Australia o la Malesia, oltre al Giappone.
JERA e IHI stanno iniziando una prova sponsorizzata dal governo per bruciare una miscela al 20% di ammoniaca in una delle più grandi centrali a carbone di JERA. Se questo va bene, JERA dice che spera di introdurre la tecnologia in tutte le sue centrali a carbone entro il 2030, e poi aumentare gradualmente la percentuale di ammoniaca usata, riducendo il carbonio emesso.
Questo richiederebbe una massiccia spinta nella fornitura di ammoniaca. Il test iniziale di JERA richiede circa 500.000 tonnellate all’anno, circa la metà di quello che il Giappone consuma ora. Entro il 2050, il Giappone potrebbe consumare 30 milioni di tonnellate di ammoniaca e 20 milioni di tonnellate di idrogeno all’anno, secondo le proiezioni del METI e di un gruppo consultivo. Circa 20 milioni di tonnellate di ammoniaca sono ora commercializzate a livello globale.
Il compito di capire come sviluppare quella fornitura sta cadendo a compagnie come Mitsubishi Corp. e Mitsui & Co. che importano gran parte del carburante e dei prodotti chimici che il Giappone usa oggi.
La sfida più grande è il prezzo. I funzionari governativi e i dirigenti dell’industria stimano che costerebbe circa il 24% in più per produrre elettricità se i servizi pubblici mischiassero il 20% di ammoniaca rispetto alla semplice combustione del carbone. I dirigenti dell’industria dicono che il divario di prezzo potrebbe essere gestibile con il supporto e gli incentivi del governo.
Mitsui sta discutendo la possibilità di un nuovo grande impianto di ammoniaca in Arabia Saudita, che il conglomerato ha concluso essere la fonte più economica. Mitsubishi è in trattative con potenziali fornitori in Nord America, Medio Oriente e Asia, e sta anche parlando con le compagnie di navigazione giapponesi sulla costruzione di grandi navi da trasporto di ammoniaca.
La compagnia di navigazione Nippon Yusen sta cercando l’approvazione preliminare per una massiccia petroliera di ammoniaca che sarebbe alimentata anche da ammoniaca, e spera di averla pronta per la consegna entro il 2028.
Nel frattempo, le aziende stanno facendo investimenti che sperano di accelerare il giorno in cui l’idrogeno puro potrà essere usato. I produttori giapponesi di auto, camion e attrezzature pesanti, tra cui Toyota Motor Corp. stanno spingendo per più veicoli alimentati a idrogeno. I prezzi elevati e la scarsità di stazioni di rifornimento hanno limitato l’adozione finora.
Kawasaki Heavy Industries Ltd. sta sviluppando la tecnologia necessaria per gestire l’idrogeno liquefatto, compresi i serbatoi e i tubi in acciaio inossidabile a doppio strato, con un vuoto tra gli strati per l’isolamento.
“Stiamo entrando nel periodo critico” per lo sviluppo dell’idrogeno, dice Motohiko Nishimura, il dirigente responsabile della spinta all’idrogeno di Kawasaki. “Come minimo, è nostro compito dimostrare che tutto questo è tecnicamente possibile”.
(Estratto dalla rassegna stampa estera a cura di Epr Comunicazione)
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