Ormai è un dato di fatto: le caldaie a idrogeno sono una delle risposte possibili alla necessità di ridurre le emissioni di anidride carbonica, principali responsabili del cambiamento climatico. Le istituzioni governative europee hanno già tracciato una rotta in questo senso, le tecnologie esistono, almeno come prototipo. Tuttavia la realtà presente è più complessa di quel che potrebbe sembrare, e il passaggio all’idrogeno non così immediato.
Ecco dunque un approfondimento che fa il punto della situazione sulle caldaie a idrogeno, fra possibilità di condizionamento già attuabili e prospettive di sviluppo futuro.
Perché un passaggio all’idrogeno?
In Italia la climatizzazione domestica è responsabile, secondo l’ISPRA (Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale), di oltre il 17% delle emissioni di CO2. Come decarbonizzare efficacemente il riscaldamento e il raffrescamento delle nostre case, raggiungendo l’obiettivo delle zero emissioni di carbonio entro il 2050, in maniera sicura, ed economicamente e strutturalmente sostenibile?
Una risposta possibile arriva dal piano RePowerEU e dalla strategia UE per l’idrogeno (COM/2020/301), attraverso i quali l’Europa intende sostenere la diffusione dell’idrogeno rinnovabile e a basse emissioni di carbonio per contribuire alla decarbonizzazione europea e ridurre la dipendenza europea dai combustibili fossili importati.
L’idrogeno oltre ad essere uno degli elementi più diffusi in natura, vanta una grande efficienza energetica, dato che rispetto al metano ha un potere calorifico doppio. Inoltre la produzione di energia attraverso l’idrogeno è a zero emissione di anidride carbonica. Questo è vero in particolar modo se anche il processo stesso di produzione di idrogeno come gas da usare negli impianti di riscaldamento e raffrescamento, viene realizzato senza emissioni.
Esistono infatti diverse modalità di produzione dell’idrogeno, più o meno costose e più o meno impattanti a livello ambientale. In base al modo in cui vengono prodotti i principali tipi di idrogeno sono:
- Idrogeno grigio
Prodotto attraverso la lavorazione del metano o del gas naturale. Si tratta dell’idrogeno attualmente più comune di produzione dell’idrogeno ma anche quello che comporta maggiori emissioni di anidride carbonica. - Idrogeno blu
Stesso procedimento dell’idrogeno grigio ma con la cattura e immagazzinamento dell’anidride carbonica prodotta. Riduce sensibilmente le emissioni di CO2 correlate alla produzione di idrogeno. - Idrogeno verde
Questo tipo di idrogeno si ottiene scindendo l’acqua, composta da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno, utilizzando elettricità. Un metodo di produzione a zero emissioni di anidride carbonica, ma solo se l’elettricità usata per scindere l’acqua proviene da fonti rinnovabili. Si tratta di un metodo auspicabile ma al momento piuttosto costoso.
Cosa sono e come funzionano le caldaie a idrogeno?
Le caldaie a idrogeno sono come le attuali caldaie a gas, con la differenza che il combustibile è l’idrogeno anziché il gas naturale.
Poiché l’idrogeno è un gas più sottile del metano, alcune parti della caldaia possono differire leggermente, ma funzionano più o meno allo stesso modo delle attuali caldaie a condensazione. Ovvero bruciando il gas attraverso la combustione, che a sua volta crea gas di scarico caldi che possono essere usati per riscaldare l’acqua. L’acqua calda può essere immagazzinata per un uso successivo e pompata intorno ai radiatori per riscaldare la casa.
È importante non confondere le caldaie a idrogeno con le caldaie che per funzionare usano celle a combustibile a idrogeno oppure con le caldaie pronte per l’idrogeno, le cosiddette caldaie Hydrogen Ready.
Cosa sono le caldaie Hydrogen Ready?
Oggi non esistono caldaie che usano esclusivamente l’idrogeno come combustibile. Le tecnologie per costruire caldaie 100% idrogeno non mancano, le case produttrici hanno già prototipi e stanno già facendo test e sviluppo di prodotti in questa direzione. Tuttavia la questione non è legata soltanto agli apparecchi e al loro utilizzo in sicurezza, ma anche all’adeguamento strutturale degli impianti di distribuzione del gas. Le differenze fra gas naturale e idrogeno in forma gassosa, infatti, impongono un ridimensionamento delle tubature.
Il presente delle caldaie a idrogeno è rappresentato dalle caldaie pronte per l’idrogeno (hydrogen ready), in grado di funzionare con una miscela fatta al 20% di idrogeno e al 80% di gas naturale. L’introduzione di piccole quantità nella fornitura di gas esistente costituirebbe il primo passo nella transizione all’idrogeno e consentirebbe una riduzione di emissioni di carbonio considerevole (secondo alcune stime si tratterebbe di alleggerire l’impronta di circa 6 milioni di tonnellate di CO2 all’anno), senza cambiamenti strutturali o sostituzioni di impianti.
Questa è una possibilità già percorribile, per esempio Immergas, in collaborazione con il dipartimento di ingegneria civile e industriale dell’Università di Pisa e con MISTER Smart Innovation ha messo a punto due caldaie a condensazione certificate Hydrogen Ready, capaci di lavorare con metano, GPL, aria propanata, ma anche con miscela al 20% di idrogeno. Questo è permesso da un sistema di combustione che si adatta in maniera automatica alla miscela erogata, regolando l’impianto in modo da garantire di volta in volta, il miglior equilibrio possibile fra consumi ed emissioni.
Quali sono i vantaggi delle caldaie a idrogeno?
- Costi iniziali ragionevoli
è probabile che l’installazione di caldaie a idrogeno sia più conveniente rispetto ad altre soluzioni come le pompe di calore. Anche il costo degli apparecchi dovrebbe essere simile ai corrispettivi a gas naturale. - Familiarità
Funzionamento e modalità di una caldaia a idrogeno sono simili a quelli delle caldaie tradizionali, questo facilità l’adozione da parte degli utenti finali. - Un’alternativa alle pompe di calore
In caso di edifici che non sono efficienti dal punto di vista strutturale l’installazione di pompe di calore può non essere la soluzione ottimale, le caldaie a idrogeno potrebbero essere l’alternativa migliore per assicurare sostenibilità ambientale, risparmio e comfort.
Come abbiamo già visto, anche l’uso di una miscela di idrogeno al 20% da parte di caldaie Hydrogen Ready permette di:
- ridurre le emissioni di CO2 senza dover sostituire gli impianti esistenti;
- sollecitare il mercato dell’idrogeno creando una domanda di produzione.
Quali sono le criticità dell’uso dell’idrogeno come fonte di riscaldamento?
- Le emissioni di CO2
Sebbene esistano modalità di produzione a zero emissioni, come abbiamo visto sopra a proposito delle varie tipologie di idrogeno, esistono produzioni che hanno un rilascio di CO2 in atmosfera. - L’emissione di ossidi di azoto
Sebbene la combustione di idrogeno non produca anidride carbonica, è comunque responsabile della produzione di ossidi di azoto (NOx). Questo è importante perché si prevedano standard per la produzione di caldaie a idrogeno che riducano al minimo le emissioni di inquinanti. - Approvvigionamento limitato
Attualmente non viene prodotto idrogeno a sufficienza per alimentare una grande quantità di caldaie a idrogeno. Questo comporta, soprattutto in un primo momento, un costo superiore dell’idrogeno rispetto a quello di gas naturale.
Quali sviluppi per le caldaie a idrogeno?
L’Europa prevede entro il 2029 l’abbandono delle caldaie a gas e il passaggio a un sistema di condizionamento domestico a basse o nulle emissioni di CO2. I nuovi edifici spesso opteranno per soluzioni ibride con l’utilizzo di pompe di calore, ma in molti casi, la transizione verso tecnologie a minor impatto ambientale può essere più conveniente attraverso l’uso di caldaie a idrogeno.
Tuttavia al momento non ci sono tempi esatti e neanche modalità definite, per questo il passaggio all’idrogeno sarà graduale e articolato in diverse fasi:
- Caldaie Hydrogen Ready
Produzione di caldaie che funzionano con gas naturale o miscele di idrogeno al 20% ma capaci di evolvere facilmente e funzionare anche con il 100% di idrogeno. Questa fase è già iniziata. - Idrogeno miscelato al 20%
Introduzione nella fornitura di gas di una miscela di idrogeno al 20%, senza necessità di alcuna modifica strutturale agli apparecchi e agli impianti di distribuzione. Questa fase potrebbe prendere vita entro una decina di anni. - Idrogeno al 100%
Fornitura di idrogeno al 100%. Un obiettivo auspicato che probabilmente avrà bisogno di almeno altri venti anni per essere messo in pratica.
Caldaia a idrogeno o pompa di calore? Qual è la scelta migliore?
L’idrogeno costituisce una via molto valida da percorrere nello sviluppo di impianti di riscaldamento sempre più efficienti e sostenibili dal punto di vista ambientale, tuttavia non è l’unica. Le pompe di calore, per esempio, sono una via già percorribile, destinata a svolgere un ruolo chiave nel garantire comfort e sostenibilità. Non possiamo parlare di una scelta migliore o peggiore in generale. Esistono diverse situazioni e diversi contesti che devono essere valutati attentamente da parte di un esperto, capace di consigliare la migliore scelta o un ventaglio di soluzioni possibili, all’interno di un approccio multi-energetico al condizionamento.
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