Hydrogen mon amour

Immaginate un futuro in cui l'energia mondiale provenga principalmente dal sole e dal vento. Questo è un obiettivo verso cui molte nazioni stanno lavorando, ma queste fonti hanno un ritmo naturale: il sole non splende di notte e il vento non soffia sempre. Quando il tempo è calmo e buio per diversi giorni consecutivi, la rete elettrica affronta una carenza. Per mantenere accese le luci, abbiamo bisogno di un modo per immagazzinare l'energia per quei periodi rari e difficili. Un'idea è quella di usare l'idrogeno, un gas che può essere prodotto dall'acqua usando l'elettricità, conservato per lungo tempo e poi riconvertito in energia quando necessario. Tuttavia, produrre questo gas, trasportarlo e convertirlo nuovamente in elettricità è un processo che disperde molta energia e può comunque creare inquinamento se non gestito con cura. Gli scienziati ora pongono una domanda diversa: invece di fabbricare questo combustibile, potremmo trovarlo già in attesa per noi sottoterra?

Questa domanda è al cuore di un nuovo saggio dei fisici Christophe Grojean e Patrick Janot, che stanno esplorando come l'FCC, un massiccio collisionatore di particelle, possa alimentare se stesso senza fare eccessivo affidamento sull'energia nucleare. L'FCC è una macchina pianificata per studiare i più piccoli componenti dell'universo, ma richiederà una quantità enorme di elettricità — circa 1,3 terawattora ogni anno. Sebbene gli autori sostengano che la maggior parte di questa potenza potrebbe provenire da fonti rinnovabili come il solare e l'eolico, riconoscono che una piccola ma significativa parte potrebbe ancora dover provenire da centrali nucleari. L'energia nucleare è pulita in termini di emissioni di carbonio, ma produce rifiuti radioattivi, il che rappresenta una grande preoccupazione per il pubblico e l'ambiente. Gli autori vogliono vedere se esiste un modo per ridurre ulteriormente quella quota nucleare rimanente, e con essa i relativi rifiuti radioattivi, trovando un modo migliore per gestire quei giorni in cui il vento e il sole falliscono.

Gli autori iniziano esaminando le opzioni per l'accumulo di energia, trattando il problema come un viaggio. Il modo più efficiente per usare l'elettricità è usarla immediatamente quando viene generata. Se ciò non è possibile, il passo successivo migliore è immagazzinarla in batterie. Le batterie sono eccellenti per trattenere l'energia per alcune ore, come dal pomeriggio alla sera, e sono molto efficienti nel restituire l'energia. Tuttavia, le batterie diventano troppo costose e pesanti se si tenta di immagazzinare energia per diversi giorni o settimane. Per quei vuoti più lunghi, noti come "calmi oscuri", gli autori esaminano l'idrogeno. L'idrogeno può essere conservato in grandi serbatoi per lunghi periodi, ma il processo di trasformazione dell'elettricità in idrogeno, il suo stoccaggio e la successiva riconversione in elettricità è molto inefficiente. Si perde più della metà dell'energia originale lungo il percorso.

Il documento esamina poi l'idea di produrre idrogeno "verde" utilizzando l'energia solare in regioni soleggiate lontane, trasportandolo fino al collisionatore e riconvertendolo in elettricità. Gli autori calcolano che ciò richiederebbe un enorme parco solare, con un'area di circa tre o quattro chilometri per lato, e costerebbe circa un miliardo di euro solo per i pannelli solari. Anche con questo enorme investimento, il sistema recupererebbe solo il 20 percento dell'energia originale. Concludono che, sebbene questo possa funzionare come ultima risorsa, è troppo inefficiente e costoso per essere la soluzione primaria per le necessità del collisionatore. Gli autori sono chiari: l'idrogeno non è un combustibile magico; è semplicemente un modo per spostare l'energia attraverso il tempo o lo spazio, e comporta un alto prezzo in termini di perdita di energia e costi.

Dopo aver escluso l'idea di fabbricare idrogeno solo per alimentare il collisionatore, gli autori rivolgono l'attenzione a una possibilità più sorprendente: l'idrogeno naturale. Per molto tempo, i geologi hanno ignorato l'idrogeno trovato sottoterra perché cercavano petrolio e gas. Tuttavia, recenti rilievi nella regione della Lorena, in Francia, hanno trovato quantità significative di idrogeno disciolto nell'acqua in profondità. In un foro specifico perforato a una profondamente di 3.655 metri, gli scienziati hanno trovato idrogeno negli strati rocciosi. Alcune stime suggeriscono che quest'area potrebbe contenere fino a 46 milioni di tonnellate di idrogeno. Se questa risorsa è reale e accessibile, sarebbe una svolta decisiva perché non richiederebbe il processo energivoro di scissione dell'acqua per creare il combustibile. La natura avrebbe già fatto il lavoro.

Gli autori sono cauti nel non definire questo un problema risolto. Sottolineano che trovare idrogeno in un campione di roccia è molto diverso dall'avere un flusso costante di gas che esce da un pozzo. La domanda chiave è se il serbatoio possa produrre abbastanza idrogeno ogni giorno da essere utile. I dati attuali mostrano che, sebbene l'idrogeno sia presente, nessuno ha ancora dimostrato un tasso di flusso industriale sufficientemente grande da alimentare una struttura come l'FCC. Gli autori suggeriscono che, se questa risorsa potesse essere sfruttata in modo sostenibile, potrebbe essere una delle fonti di energia più pulite disponibili, con un'impronta di carbonio molto inferiore rispetto all'idrogeno prodotto dai combustibili fossili. Non produrrebbe i rifiuti radioattivi associati all'energia nucleare e non richiederebbe le enormi perdite di energia associate alla produzione di idrogeno tramite elettricità.

L'articolo propone una via pratica da seguire. Gli autori suggeriscono che l'organizzazione dietro il collisionatore, il CERN, potrebbe agire come un "cliente di lancio". Firmando un accordo a lungo termine per acquistare elettricità generata da idrogeno naturale, essi potrebbero aiutare a finanziare lo sviluppo dell'industria. Ciò darebbe a scienziati e ingegneri la fiducia necessaria per costruire l'infrastruttura necessaria, testare i tassi di flusso e dimostrare che la risorsa è reale. La tempistica è coerente: se le prove previste per la fine degli anni 2020 avranno successo, l'industria potrebbe essere pronta a rifornire il collisionatore quando inizierà il suo funzionamento nel 2048.

In definitiva, questo saggio non è una promessa che l'idrogeno naturale salverà la situazione, ma un invito a investigare seriamente la questione. Gli autori sostengono che dovremmo smettere di assumere che tutto l'idrogeno debba essere fabbricato dagli esseri umani. Inveve, dovremmo cercare l'idrogeno che la Terra produce da millenni. Concludono che, mentre l'energia della fusione e altre tecnologie avanzate sono ancora molto lontane, l'idrogeno naturale offre una possibilità tangibile e immediata. La sfida ora è passare dalla speranza ai dati concreti, misurare il flusso, verificare l'impronta di carbonio e determinare se questo "oro bianco" sia davvero una risorsa su cui possiamo contare. La risposta non è ancora nota, ma gli autori credono che sia una domanda che vale la pena porre, e che potrebbe cambiare il modo in cui alimentiamo il nostro futuro.