L'associazione di categoria Hydrogen Europe si presenta come una partnership fra le industrie europee promotrici di tecnologie relative all'utilizzo dell'idrogeno e la Commissione europea. Si tratta di una lobby, nel senso anglosassone del termine, ovvero: "gruppo di persone che cerca di influenzare i legislatori su un particolare argomento" (definizione dall'Oxford dictionary).
Non entreremo nel merito se l'interesse dell'associazione sia quello dichiarato nella pagina web istituzionale - decarbonizzare l'economia europea - oppure quello economico di un gruppo di industrie multinazionali e spin-off, o peggio ancora, se serva solo a mascherare sotto un'apparenza "tecnica" le spinte egemoniche dei paesi ai quali appartengono tali aziende.
Nel presente articolo analizzeremo quali potrebbero essere le conseguenze per le nostre aziende agricole se il Governo italiano dovesse seguire incondizionatamente la dottrina dello "idrogeno pulito" promossa dal Green deal.
L'ultimo rapporto della Hydrogen Europe, dal titolo "L'idrogeno nei piani di ripresa economica dell'Ue" (Hydrogen in the EU's economic recovery plans) spiega come la "potenza di fuoco" degli aiuti pubblici per far fronte alla crisi causata dal Covid-19 favorirà la nascita di una nuova società basata sullo "idrogeno pulito". In concreto, il fondo Next generation EU, dal valore di 750 miliardi di euro, finanzierà progetti di decarbonizzazione dell'economia. Nel periodo 2021-2027 il fondo elargirà 500 miliardi a fondo perduto e 250 miliardi come prestiti agevolati, e si finanzierà mediante l'emissione di titoli e istituendo nuove tasse alle industrie emettitrici di gas serra: plastiche, energia, acciaio, cemento e fertilizzanti.
In particolare, la Cap (Common agriculture policy) ha preso in considerazione il problema delle emissioni di ammoniaca imputabili agli allevamenti, per cui esiste un rischio concreto che la Ce decida di gravare gli allevatori con più oneri burocratici o perfino con una tassa alle emissioni per finanziare il fondo Next generation EU menzionato prima.
Il pacchetto di aiuti al comparto agricolo si chiama Eafrd (European agricultural fund for rural development) ed esisteva già prima della pandemia, ma il suo budget attuale di 19 miliardi verrà potenziano fino a 90 miliardi nel periodo 2021-2027. I finanziamenti si concentreranno su: "promuovere l'efficienza nell'utilizzo delle risorse" e "supportare lo sviluppo di un'economia resiliente e a bassa intensità di carbonio". Tradotto dal burocratese, significa migliorare l'efficienza energetica dei processi produttivi, potenziare le energie rinnovabili e ridurre le emissioni di gas serra. Gli aiuti previsti sono un misto di sovvenzioni, prestiti a tasso agevolato e compartecipazione nel capitale sociale delle aziende, amministrati dai singoli Stati.
Quali potrebbero essere le linee di azione che sceglierà il Governo italiano per adempiere ai piani definiti da Bruxelles? In virtù delle divisioni ideologiche all'interno della coalizione attualmente al Governo, è difficile prevedere quali saranno le politiche di supporto all'agricoltura nel breve termine.
Per ora possiamo solo ipotizzare alcune possibili azioni consone con gli obiettivi imposti da Bruxelles come condizione per una gestione dell'Eafrd in linea con il Green deal:
Supponiamo che il Mipaaf, per spinte ideologiche, pressioni da Bruxelles o per qualsiasi altro motivo, decidesse di utilizzare la quota dei fondi Eafrd per progetti relazionati con l'idrogeno pulito nell'agricoltura. Gli interventi possibili si ridurrebbero dunque a due: sovvenzionare l'acquisto di trattori ad idrogeno pulito o impulsare la produzione ed utilizzo di "ammoniaca verde". Il primo è, per ora, solo teorico. Le uniche notizie su trattori ad idrogeno disponibili sono il modello NH²™ della New Holland, ed un prototipo cinese molto futuristico telecomandato via 5G. Il comunicato stampa sul primo è datato 14 novembre 2011 e non sembra che ci siano aggiornamenti (a settembre 2020), per cui probabilmente si tratta di un progetto abbandonato, o quanto meno fermo da quasi un decennio. Il secondo è solo un prototipo, e anche se l'industria cinese lo portasse subito in produzione, non sarebbe finanziabile perché prodotto fuori dall'Europa. Ciò lascia dunque un'unica alternativa in linea con l'ideologia del Green deal: impulsare la produzione e l'utilizzo della "ammoniaca verde".
Vediamo in dettaglio in cosa consiste e che ricadute potrebbe avere un'ipotetica politica del Mipaaf in tale direzione.
Circa un secolo fa, sotto la spinta bellica per produrre acido nitrico per la fabbricazione di esplosivi, veniva messo in funzione il primo impianto pilota per la produzione industriale dell'ammoniaca presso l'industria chimico-farmaceutica tedesca BASF (Badische Anilin und Soda Fabrik). La sintesi dell'ammoniaca avviene per la reazione dell'azoto atmosferico con l'idrogeno, ad alte pressioni (200-300 bar) e temperature (400-500°C):
Si tratta di una reazione esotermica, che produce 92 kJ/mol. Il calore prodotto viene sfruttato per generare vapore, utilizzato nello stesso impianto. L'energia prodotta dal vapore non è sufficiente ad alimentare l'intero processo, come vedremo in seguito.
La produzione mondiale di ammoniaca è di circa 150 milioni di tonnellate all'anno. L'85% dell'ammoniaca prodotta viene trasformata in fertilizzanti azotati, mentre il resto serve per produrre polimeri (Rif. [i]). Attualmente l'idrogeno utilizzato per produrre ammoniaca proviene dal carbone o dal gas naturale, per cui l'industria dei fertilizzanti trascina con sé una pesante impronta di carbonio. L'ammoniaca verde non è altro che ammoniaca prodotta con "idrogeno pulito", che però è competitivo solo se foraggiato con soldi pubblici (si veda, dello stesso autore, Green deal e idrogeno da biomasse).
Che probabilità di successo potrebbe avere un eventuale piano ministeriale per promuovere l'ammoniaca verde in Italia? Osserviamo che i dati Istat sulla produzione italiana di ammoniaca oltre il 2106 sono oscurati "per la tutela del segreto statistico", perché l'unico fabbricante di ammoniaca rimasto in Italia è Yara. Il Gruppo norvegese, assieme alla francese Engie, ha annunciato il lancio del suo progetto di produzione di "ammoniaca verde" nove mesi prima che la presidente von der Leyen annunciasse ufficialmente il Green deal. Ma il progetto verrà realizzato in Australia…
Alla data odierna, il progetto più grande ed ambizioso per produrre ammoniaca con idrogeno solare nel territorio dell'Ue appartiene alle aziende spagnole Fertiberia e Iberdrola e verrà realizzato nella località di Puertollano, circa 200 chilometri a Sud di Madrid.
L'associazione di categoria statunitense Ammonia energy association ha come scopo promuovere l'uso dell'ammoniaca - preferibilmente quella "verde", ma non solo - come vettore energetico. Negli anni antecedenti il disastro di Chernobyl si postulava la produzione di ammoniaca come un modo per accumulare l'energia in eccesso prodotta dalle centrali nucleari (Rif. [ii]). Oggi le direttive del Green deal privilegiano il solare e l'eolico, ma il concetto rimane lo stesso: l'ammoniaca ha maggiore densità energetica - 11.308 kJ/litro contro 8.491 kJ/litro dell'idrogeno (Rif. [iii]) - ed è più facile da stoccare perché liquida in condizioni moderate (oltre 10 bar a temperatura ambiente, Foto 1) e inoltre compatibile con l'utilizzo di semplici recipienti d'acciaio o alluminio. A differenza dell'idrogeno, l'ammoniaca è tossica, ma difficilmente infiammabile. Si può utilizzare sia in motori a combustione interna che in celle a combustibile.
Foto 1: Densità energetica di diversi sistemi di stoccaggio dell'idrogeno
(Fonte foto: Kobayashi et al, Rif. [iv])
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La fattibilità tecnica dell'utilizzo dell'ammoniaca come combustibile per trattori è stata dimostrata negli Usa con la costruzione - più o meno artigianale - di un prototipo (Foto 2) che utilizza una miscela di H2 e NH3 prodotti in loco mediante pannelli solari. Il rendimento globale del sistema di produzione dell'ammoniaca è di solo 29%: sono necessari 32,3 kWh per produrre l'idrogeno, 11,6 kWh per produrre l'azoto e 6 kWh per sintetizzare un gallone (3,78 litri) d'ammoniaca, che equivale a 14,6 kWh di energia primaria. Lo studio americano non riporta però alcun dato sulle emissioni del prototipo. È noto che la combustione dell'ammoniaca produce ossidi di azoto, i famigerati NOx responsabili delle piogge acide e 290 volte più potenti dalla CO2 in termini di effetto serra (Rif. [iv]). La depurazione di tali gas di scarico richiede l'installazione di un sistema di lavaggio del tipo del AdBlue, ma avente maggiori dimensioni e consumo di prodotto perché le concentrazioni di NOx sono per forza elevate quando il combustibile è ammoniaca.
Certamente il trattore ad ammoniaca e idrogeno funziona, ma al costo di una serie di virtuosismi tecnologici ed una efficienza globale così bassa, che in fin dei conti non vale la pena. Dovendo incentivare tecnologie "verdi", è molto più semplice ed immediata la produzione di biometano direttamente da scarti agricoli e la ricarica in situ del trattore. Esiste dal 2019 un modello di trattore ad hoc per metano, bio e non, il cui lancio commerciale è stato posticipato al 2021 a causa della pandemia Covid-19 (comunicazione personale dell'autore con l'ufficio New Holland Top Service Italia).
Benché non ci siano ancora disposizioni concrete in merito, è palese una contraddizione ideologica nelle politiche di sviluppo agricolo che l'amministrazione von der Leyen vorrebbe portare avanti. Da una parte corrono voci (già dall'amministrazione Juncker) sull'intenzione di gravare gli allevatori con adempimenti tecnici e burocratici, forse anche con una tassa, con lo scopo di ridurre le emissioni di NH3 degli allevamenti intensivi. Dall'altro canto, il Green deal ammette l'incentivazione con soldi pubblici della produzione di ammoniaca purché questa provenga da "idrogeno pulito", come se le emissioni di "ammoniaca verde" fossero diverse dalle emissioni di ammoniaca biogenica. È palese che i miliardi previsti per lo sviluppo agricolo basato sullo "idrogeno pulito" non andranno di certo agli agricoltori, bensì ad un ristretto gruppo di colossi industriali.
Riflessione finale: Sarebbe più facile, socialmente equo e tecnicamente semplice, incentivare gli allevatori affinché installino impianti di recupero dell'ammoniaca di origine organica. Impianti che, tra l'altro, sono stati testati con successo in Italia dal Crpa, la cui tecnologia - detta scrubber - è consolidata da oltre un secolo e alla portata di qualsiasi officina di carpenteria metallica.
[i] Mario Rippa - La nuova chimica di Rippa- Italo Bovolenta editore - 2016.
[ii] L. Green, An ammonia energy vector for the hydrogen economy, International journal of Hydrogen Energy, volume 7, issue 4, 1982, pages 355-359, ISSN 0360-3199.
[iii] William L. Ahlgren, The Dual-Fuel Strategy: An energy transition plan, Proceedings of the Ieee vol. 100, No. 11, november 2012, riassunto disponibile in questa pagina.
[iv] Hideaki Kobayashi, Akihiro Hayakawa, K.D. Kunkuma, A. Somarathne, Ekenechukwu C. Okafor, Science and technology of ammonia combustion, Proceedings of the combustion institute, volume 37, issue 1, 2019, pages 109-133, ISSN 1540-7489.
Non entreremo nel merito se l'interesse dell'associazione sia quello dichiarato nella pagina web istituzionale - decarbonizzare l'economia europea - oppure quello economico di un gruppo di industrie multinazionali e spin-off, o peggio ancora, se serva solo a mascherare sotto un'apparenza "tecnica" le spinte egemoniche dei paesi ai quali appartengono tali aziende.
Nel presente articolo analizzeremo quali potrebbero essere le conseguenze per le nostre aziende agricole se il Governo italiano dovesse seguire incondizionatamente la dottrina dello "idrogeno pulito" promossa dal Green deal.
Il nesso fra Covid-19, idrogeno pulito e ammoniaca verde
L'ultimo rapporto della Hydrogen Europe, dal titolo "L'idrogeno nei piani di ripresa economica dell'Ue" (Hydrogen in the EU's economic recovery plans) spiega come la "potenza di fuoco" degli aiuti pubblici per far fronte alla crisi causata dal Covid-19 favorirà la nascita di una nuova società basata sullo "idrogeno pulito". In concreto, il fondo Next generation EU, dal valore di 750 miliardi di euro, finanzierà progetti di decarbonizzazione dell'economia. Nel periodo 2021-2027 il fondo elargirà 500 miliardi a fondo perduto e 250 miliardi come prestiti agevolati, e si finanzierà mediante l'emissione di titoli e istituendo nuove tasse alle industrie emettitrici di gas serra: plastiche, energia, acciaio, cemento e fertilizzanti.In particolare, la Cap (Common agriculture policy) ha preso in considerazione il problema delle emissioni di ammoniaca imputabili agli allevamenti, per cui esiste un rischio concreto che la Ce decida di gravare gli allevatori con più oneri burocratici o perfino con una tassa alle emissioni per finanziare il fondo Next generation EU menzionato prima.
Il pacchetto di aiuti al comparto agricolo si chiama Eafrd (European agricultural fund for rural development) ed esisteva già prima della pandemia, ma il suo budget attuale di 19 miliardi verrà potenziano fino a 90 miliardi nel periodo 2021-2027. I finanziamenti si concentreranno su: "promuovere l'efficienza nell'utilizzo delle risorse" e "supportare lo sviluppo di un'economia resiliente e a bassa intensità di carbonio". Tradotto dal burocratese, significa migliorare l'efficienza energetica dei processi produttivi, potenziare le energie rinnovabili e ridurre le emissioni di gas serra. Gli aiuti previsti sono un misto di sovvenzioni, prestiti a tasso agevolato e compartecipazione nel capitale sociale delle aziende, amministrati dai singoli Stati.
Quali potrebbero essere le linee di azione che sceglierà il Governo italiano per adempiere ai piani definiti da Bruxelles? In virtù delle divisioni ideologiche all'interno della coalizione attualmente al Governo, è difficile prevedere quali saranno le politiche di supporto all'agricoltura nel breve termine.
Per ora possiamo solo ipotizzare alcune possibili azioni consone con gli obiettivi imposti da Bruxelles come condizione per una gestione dell'Eafrd in linea con il Green deal:
- abolizione del gasolio agevolato per uso agricolo e aiuti per l'acquisto di trattori funzionanti con altri vettori energetici (ad esempio: biodiesel, l'ormai onnipresente "idrogeno pulito", biometano, forse anche "ammoniaca verde");
- promozione della produzione ed utilizzo dei fertilizzanti biologici;
- e infine, come auspica la Hydrogen Europe, anche la produzione di "ammoniaca verde", cioè ammoniaca prodotta con l'idrogeno pulito.
Supponiamo che il Mipaaf, per spinte ideologiche, pressioni da Bruxelles o per qualsiasi altro motivo, decidesse di utilizzare la quota dei fondi Eafrd per progetti relazionati con l'idrogeno pulito nell'agricoltura. Gli interventi possibili si ridurrebbero dunque a due: sovvenzionare l'acquisto di trattori ad idrogeno pulito o impulsare la produzione ed utilizzo di "ammoniaca verde". Il primo è, per ora, solo teorico. Le uniche notizie su trattori ad idrogeno disponibili sono il modello NH²™ della New Holland, ed un prototipo cinese molto futuristico telecomandato via 5G. Il comunicato stampa sul primo è datato 14 novembre 2011 e non sembra che ci siano aggiornamenti (a settembre 2020), per cui probabilmente si tratta di un progetto abbandonato, o quanto meno fermo da quasi un decennio. Il secondo è solo un prototipo, e anche se l'industria cinese lo portasse subito in produzione, non sarebbe finanziabile perché prodotto fuori dall'Europa. Ciò lascia dunque un'unica alternativa in linea con l'ideologia del Green deal: impulsare la produzione e l'utilizzo della "ammoniaca verde".
Vediamo in dettaglio in cosa consiste e che ricadute potrebbe avere un'ipotetica politica del Mipaaf in tale direzione.
Il processo Haber-Bosch
Circa un secolo fa, sotto la spinta bellica per produrre acido nitrico per la fabbricazione di esplosivi, veniva messo in funzione il primo impianto pilota per la produzione industriale dell'ammoniaca presso l'industria chimico-farmaceutica tedesca BASF (Badische Anilin und Soda Fabrik). La sintesi dell'ammoniaca avviene per la reazione dell'azoto atmosferico con l'idrogeno, ad alte pressioni (200-300 bar) e temperature (400-500°C):N2(gas) + 3H2(gas) ? 2NH3(gas)
Si tratta di una reazione esotermica, che produce 92 kJ/mol. Il calore prodotto viene sfruttato per generare vapore, utilizzato nello stesso impianto. L'energia prodotta dal vapore non è sufficiente ad alimentare l'intero processo, come vedremo in seguito.
La produzione mondiale di ammoniaca è di circa 150 milioni di tonnellate all'anno. L'85% dell'ammoniaca prodotta viene trasformata in fertilizzanti azotati, mentre il resto serve per produrre polimeri (Rif. [i]). Attualmente l'idrogeno utilizzato per produrre ammoniaca proviene dal carbone o dal gas naturale, per cui l'industria dei fertilizzanti trascina con sé una pesante impronta di carbonio. L'ammoniaca verde non è altro che ammoniaca prodotta con "idrogeno pulito", che però è competitivo solo se foraggiato con soldi pubblici (si veda, dello stesso autore, Green deal e idrogeno da biomasse).
Che probabilità di successo potrebbe avere un eventuale piano ministeriale per promuovere l'ammoniaca verde in Italia? Osserviamo che i dati Istat sulla produzione italiana di ammoniaca oltre il 2106 sono oscurati "per la tutela del segreto statistico", perché l'unico fabbricante di ammoniaca rimasto in Italia è Yara. Il Gruppo norvegese, assieme alla francese Engie, ha annunciato il lancio del suo progetto di produzione di "ammoniaca verde" nove mesi prima che la presidente von der Leyen annunciasse ufficialmente il Green deal. Ma il progetto verrà realizzato in Australia…
Alla data odierna, il progetto più grande ed ambizioso per produrre ammoniaca con idrogeno solare nel territorio dell'Ue appartiene alle aziende spagnole Fertiberia e Iberdrola e verrà realizzato nella località di Puertollano, circa 200 chilometri a Sud di Madrid.
L'ammoniaca come vettore energetico per i trattori
L'associazione di categoria statunitense Ammonia energy association ha come scopo promuovere l'uso dell'ammoniaca - preferibilmente quella "verde", ma non solo - come vettore energetico. Negli anni antecedenti il disastro di Chernobyl si postulava la produzione di ammoniaca come un modo per accumulare l'energia in eccesso prodotta dalle centrali nucleari (Rif. [ii]). Oggi le direttive del Green deal privilegiano il solare e l'eolico, ma il concetto rimane lo stesso: l'ammoniaca ha maggiore densità energetica - 11.308 kJ/litro contro 8.491 kJ/litro dell'idrogeno (Rif. [iii]) - ed è più facile da stoccare perché liquida in condizioni moderate (oltre 10 bar a temperatura ambiente, Foto 1) e inoltre compatibile con l'utilizzo di semplici recipienti d'acciaio o alluminio. A differenza dell'idrogeno, l'ammoniaca è tossica, ma difficilmente infiammabile. Si può utilizzare sia in motori a combustione interna che in celle a combustibile.
Foto 1: Densità energetica di diversi sistemi di stoccaggio dell'idrogeno
(Fonte foto: Kobayashi et al, Rif. [iv])
Clicca sull'immagine per ingrandirla
La fattibilità tecnica dell'utilizzo dell'ammoniaca come combustibile per trattori è stata dimostrata negli Usa con la costruzione - più o meno artigianale - di un prototipo (Foto 2) che utilizza una miscela di H2 e NH3 prodotti in loco mediante pannelli solari. Il rendimento globale del sistema di produzione dell'ammoniaca è di solo 29%: sono necessari 32,3 kWh per produrre l'idrogeno, 11,6 kWh per produrre l'azoto e 6 kWh per sintetizzare un gallone (3,78 litri) d'ammoniaca, che equivale a 14,6 kWh di energia primaria. Lo studio americano non riporta però alcun dato sulle emissioni del prototipo. È noto che la combustione dell'ammoniaca produce ossidi di azoto, i famigerati NOx responsabili delle piogge acide e 290 volte più potenti dalla CO2 in termini di effetto serra (Rif. [iv]). La depurazione di tali gas di scarico richiede l'installazione di un sistema di lavaggio del tipo del AdBlue, ma avente maggiori dimensioni e consumo di prodotto perché le concentrazioni di NOx sono per forza elevate quando il combustibile è ammoniaca.
Certamente il trattore ad ammoniaca e idrogeno funziona, ma al costo di una serie di virtuosismi tecnologici ed una efficienza globale così bassa, che in fin dei conti non vale la pena. Dovendo incentivare tecnologie "verdi", è molto più semplice ed immediata la produzione di biometano direttamente da scarti agricoli e la ricarica in situ del trattore. Esiste dal 2019 un modello di trattore ad hoc per metano, bio e non, il cui lancio commerciale è stato posticipato al 2021 a causa della pandemia Covid-19 (comunicazione personale dell'autore con l'ufficio New Holland Top Service Italia).
Conclusioni
Benché non ci siano ancora disposizioni concrete in merito, è palese una contraddizione ideologica nelle politiche di sviluppo agricolo che l'amministrazione von der Leyen vorrebbe portare avanti. Da una parte corrono voci (già dall'amministrazione Juncker) sull'intenzione di gravare gli allevatori con adempimenti tecnici e burocratici, forse anche con una tassa, con lo scopo di ridurre le emissioni di NH3 degli allevamenti intensivi. Dall'altro canto, il Green deal ammette l'incentivazione con soldi pubblici della produzione di ammoniaca purché questa provenga da "idrogeno pulito", come se le emissioni di "ammoniaca verde" fossero diverse dalle emissioni di ammoniaca biogenica. È palese che i miliardi previsti per lo sviluppo agricolo basato sullo "idrogeno pulito" non andranno di certo agli agricoltori, bensì ad un ristretto gruppo di colossi industriali.Riflessione finale: Sarebbe più facile, socialmente equo e tecnicamente semplice, incentivare gli allevatori affinché installino impianti di recupero dell'ammoniaca di origine organica. Impianti che, tra l'altro, sono stati testati con successo in Italia dal Crpa, la cui tecnologia - detta scrubber - è consolidata da oltre un secolo e alla portata di qualsiasi officina di carpenteria metallica.
Bibliografia
[i] Mario Rippa - La nuova chimica di Rippa- Italo Bovolenta editore - 2016.[ii] L. Green, An ammonia energy vector for the hydrogen economy, International journal of Hydrogen Energy, volume 7, issue 4, 1982, pages 355-359, ISSN 0360-3199.
[iii] William L. Ahlgren, The Dual-Fuel Strategy: An energy transition plan, Proceedings of the Ieee vol. 100, No. 11, november 2012, riassunto disponibile in questa pagina.
[iv] Hideaki Kobayashi, Akihiro Hayakawa, K.D. Kunkuma, A. Somarathne, Ekenechukwu C. Okafor, Science and technology of ammonia combustion, Proceedings of the combustion institute, volume 37, issue 1, 2019, pages 109-133, ISSN 1540-7489.
