Energia
Come l’IA potrebbe accelerare la produzione di idrogeno verde
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L’idrogeno verde è la chiave mancante per un futuro senza combustibili fossili. Il motivo è che l’elettricità da sola non può decarbonizzare completamente le industrie che dipendono da combustibili e materie prime chimiche. Questo include settori giganteschi dell’economia, come il trasporto pesante su strada, la navigazione, i viaggi aerei, la produzione di prodotti chimici, la siderurgia e altre metallurgie, l’estrazione mineraria, ecc.
Per tutte queste attività, l’idrogeno verde, direttamente o trasformato in ammoniaca o carburanti rinnovabili, può aiutare a alimentare attività che richiedono carburante liquido, ma senza dipendere dalle risorse di combustibili fossili.
Il potenziale di questa tecnologia è stato recentemente analizzato in uno studio da ricercatori dell’Università McGill (Canada) e dell’Istituto Indiano di Educazione e Ricerca Scientifica (IISER) di Bhopal (India). In esso, discutono le varie possibili fonti di idrogeno verde, così come i metodi elettrochimici che possono essere usati per creare carburanti liquidi sostenibili e altri prodotti idrocarburici.
Hanno pubblicato i loro risultati su Renewable and Sustainable Energy Reviews1, con il titolo “Electrochemical energy technologies: Current progress and future opportunities for sustainable energy transitions”.
Perché i carburanti gassosi e liquidi sono importanti
Il motivo principale per perseguire la decarbonizzazione è il cambiamento climatico, alimentato dall’aumento delle emissioni di gas serra, di cui il più importante è CO2, seguito dal metano (CH4).
“Il fallimento nel invertire il cambiamento climatico negativo comporta rischi legati all’instabilità economica, agli eventi meteorologici estremi e alle crescenti disuguaglianze sociali ”
Di conseguenza, riformare il nostro sistema energetico basato sui combustibili fossili è fondamentale. Sfortunatamente, questo è ancora lontano dall’essere realizzato, anche con il recente aumento delle energie rinnovabili, poiché ciò ha interessato principalmente solo la produzione di elettricità. Ma la maggior parte del consumo energetico primario dell’umanità non utilizza elettricità. Invece, questo consumo energetico è impiegato per riscaldamento, produzione industriale, trasporto marittimo, aereo, camion, ecc. Di conseguenza, l’immensa maggioranza delle fonti energetiche è ancora costituita da combustibili fossili, con carbone, petrolio e gas che rappresentano più dell’80% delle fonti energetiche globali.
Fonte IEA
Decarbonizzare queste attività può essere difficile per alcune ragioni:
- I sistemi esistenti non possono funzionare con l’elettricità, e ci vorranno al meglio diversi decenni per sostituire la flotta attuale di camion, navi, aerei, fabbriche, fonderie, ecc., con alternative elettrificate.
- Molti di questi sistemi semplicemente non hanno un’alternativa elettrica al carburante liquido e alla combustione per continuare a funzionare con sufficiente efficienza.
- Le alternative di carburanti verdi finora sono state troppo costose per competere economicamente con i combustibili fossili.
Pertanto c’è bisogno di idrocarburi verdi, molecole composte principalmente da atomi di carbonio e idrogeno, chimicamente identiche ai combustibili fossili, che consentono alle strutture energetiche, logistiche e industriali esistenti di essere decarbonizzate senza dover elettrificare rapidamente, un compito che, a seconda del caso, può essere molto difficile (trasporto su strada, riscaldamento) o addirittura impossibile (trasporto aereo).
Passare a un sistema energetico sostenibile
L’importanza dell’idrogeno verde
L’idrogeno è un elemento abbondante, soprattutto sotto forma di acqua (H2O), ma non si trova in forma pura (H2) in natura. Pertanto, per essere utilizzato nella produzione di idrogeno verde, deve prima essere prodotto, il che consuma energia.
Affinché l’idrogeno contribuisca in modo significativo alla decarbonizzazione, la sua produzione deve avere anche un’impronta di carbonio ridotta. L’elettrolisi alimentata da elettricità rinnovabile è il percorso più noto, mentre tecniche emergenti potrebbero estrarre idrogeno da molecole derivate dalla biomassa a tensioni notevolmente più basse.
Quando si utilizza l’elettricità per produrre idrogeno al fine di creare idrocarburi verdi utili, tali metodi sono generalmente indicati come “Power-to-X”, dove “X” può essere sostituito da gas, petrolio o qualsiasi altro prodotto chimico, e la conversione elettrochimica trasforma l’idrogeno puro e CO2 o altre fonti di carbonio in prodotti utili, facili da usare e da immagazzinare.
Un ulteriore vantaggio della conversione dell’idrogeno in altri composti è che l’idrogeno è notoriamente difficile da immagazzinare e trasportare. Metano o carburanti liquidi sono, al confronto, molto più facili.
Infine, la natura intermittente della produzione di elettricità rinnovabile significa che a volte la produzione di energia supera la domanda, e la produzione di idrogeno può assorbire tale surplus, attualmente per lo più sprecato.
“Il metanolo prodotto dalla riduzione elettrochimica dell’anidride carbonica può essere un vettore energetico ecologico con una densità energetica più alta rispetto all’idrogeno, riducendo i costi e le sfide come lo stoccaggio e il trasporto. Il metano può essere prodotto dalla riduzione elettrochimica dell’anidride carbonica e può essere immagazzinato nelle pipeline di gas naturale esistenti”
I molteplici percorsi verso carburanti sostenibili
Lo studio identifica non meno di 16 diversi prodotti chimici a valore aggiunto che possono essere realizzati mediante l’uso di idrogeno verde, come monossido di carbonio (principale componente del syngas), acido formico, metanolo, metano, etanolo, etilene e propanolo. In molti casi, si tratta di un processo a più fasi con prodotti chimici intermedi altrettanto utili.
Un’altra possibilità per l’idrogeno verde da un elettrolizzatore è l’idrogeno prodotto dalla biomassa. Inizialmente, sono state perseguite alcune strategie basate sulla decomposizione batterica, ma i rendimenti si sono rivelati troppo bassi.
Una nuova tecnologia promettente è la generazione anodica di idrogeno direttamente dalle molecole piattaforma della biomassa. Questo può essere effettuato a una tensione significativamente più bassa rispetto alle tecniche usuali basate sulle reazioni di evoluzione dell’ossigeno (OER).
I catalizzatori a base di rame sono prevalentemente usati per questo metodo, ma necessitano ancora di miglioramenti per evitare la disattivazione del catalizzatore. L’aggiunta di altri metalli o elementi, o l’introduzione di nanostrutture avanzate nel rame massivo, può migliorare radicalmente le prestazioni.
IA, elettrolizzatori e idrogeno
Gli elettrolizzatori, per scindere l’acqua in idrogeno o per trasformare la biomassa in composti più utili, sono un campo promettente per l’energia verde e la produzione di idrogeno.
Al momento, il miglioramento dei catalizzatori per questo processo è stato ottenuto principalmente sperimentando molte nuove combinazioni di diversi elementi, tipi di catalizzatori, nanostrutture e trasferimenti di carica. Tuttavia, ciò genera un numero quasi infinito di combinazioni, senza un modello matematico semplice per prevedere come si comporterà un nuovo design di catalizzatore nel mondo reale.
L’IA potrebbe aiutare a risolvere questo problema, poiché è già utilizzata in questo modo in altri settori dell’energia verde. Ad esempio, nello sviluppo di dispositivi fotovoltaici, l’IA è stata impiegata per prevedere i corretti band gap e le energie dei difetti nei materiali optoelettronici, il che aiuta ad accelerare la scoperta di nuovi materiali.
Allo stesso modo, l’IA ha avuto successo nella scoperta di nuovi elettroliti redox per batterie a flusso redox attraverso un’ampia campionatura dello spazio chimico per molecole organiche attive al fine di identificare elettroliti adatti, o per nuovi materiali elettrodici per batterie allo stato solido a ioni Na e Li.
Per le tecnologie energetiche elettrochimiche, l’IA potrebbe semplificare un quadro complesso per i ricercatori.
“L’IA può fornire informazioni sull’attività superficiale, sulla posizione dei siti attivi sulla superficie con le distanze di legame, le energie di legame dei reagenti, dei prodotti e delle specie intermedie delle reazioni elettrochimiche, basandosi sulla qualità dei dati utilizzati per addestrare i modelli di IA”
Questo metodo può eliminare gran parte delle ipotesi e fornire rapidamente nuovi e più promettenti materiali candidati che possono poi essere testati in laboratorio.
Un altro utilizzo dell’IA è progettare il processo in modo che, oltre all’idrogeno verde, fornisca anche una valorizzazione elettrochimica della biomassa, producendo acidi utili, aldeidi, furani e alcoli.
“Modelli di IA robusti possono essere impiegati sia su dati sperimentali che su dati di simulazione per catturare le relazioni struttura-proprietà per la progettazione razionale del set-up di reazioni elettrochimiche al fine di ottenere buona selettività, controllo e alta efficienza faradica dei prodotti desiderati.”
Raggiungere la commercializzazione non è mai facile
Sebbene promettente e destinata a diventare più redditizia e utile grazie all’IA, la produzione elettrochimica di idrogeno tramite elettrolizzatori, da acqua o da biomassa, deve ancora essere realizzata su scala con un prezzo molto basso per chilogrammo. Solo allora potrà competere efficacemente con i combustibili fossili.
Sono necessari ulteriori impieghi di questa tecnologia, e non solo il miglioramento dei concetti promettenti nei laboratori.
Durata, selettività, densità di corrente e l’economia su scala pilota dovranno tutti essere migliorati per trasformare il metodo promettente su scala di laboratorio in qualcosa che possa essere implementato su scala terawatt necessaria per iniziare a sostituire significativamente carbone, gas e petrolio dai sistemi energetici globali.
È comunque probabile che arriverà presto, soprattutto perché migliorare l’economia degli elettrolizzatori e dei carburanti verdi è probabilmente più semplice rispetto a gestire l’elettrificazione della maggior parte delle tecnologie e delle infrastrutture costruite dalla civiltà moderna negli ultimi 100 anni.
Per gli investitori, molte delle vie elettrochimiche discusse sopra rimangono troppo in fase iniziale per fornire un’esposizione diretta al mercato pubblico. Un approccio più pratico è guardare alle aziende che già commercializzano l’infrastruttura di base necessaria per produrre e utilizzare l’idrogeno su larga scala. Una delle opzioni quotate più consolidate è Bloom Energy, le cui tecnologie di elettrolizzatori a ossido solido e celle a combustibile offrono esposizione allo sviluppo più ampio dei sistemi energetici elettrochimici.
Investire in carburanti rinnovabili
Bloom Energy
BE Grafico dei prezzi
Bloom Energy è un leader globale nella tecnologia degli elettrolizzatori e delle celle a combustibile.
Attualmente, il mercato principale per l’azienda è costituito dalle celle a combustibile che trasformano il combustibile in elettricità ad alta efficienza senza combustione, producendo aria ad alta temperatura e un flusso di CO2 ad alta concentrazione. Il design è intrinsecamente modulare, con più potenza che richiede semplicemente più celle, fino alla scala megawatt.
Fonte: Bloom Energy
Dal 2024 ad oggi, Bloom Energy ha spostato il focus dal suo mercato iniziale di ospedali, siti remoti e generazione di energia di riserva verso i data center, portando a un enorme boom sia nelle vendite sia nel prezzo delle azioni.
Ciò è anche favorito dalla transizione dei data center AI verso un’architettura DC completa (invece del mix AC/DC attuale), risparmiando spazio e attrezzature per l’infrastruttura dei data center AI.
Bloom ha avviato una partnership per combinare la sua tecnologia di celle a combustibile con la tecnologia di cattura del carbonio, in modo che l’energia prodotta sia essenzialmente neutra dal punto di vista del carbonio anche quando è alimentata da gas naturale. E dal 2022, l’azienda ha iniziato a produrre elettrolizzatori a ossido solido di idrogeno ad alta efficienza.
Ciò conferisce a Bloom una competenza rilevante nella scalabilità dei sistemi elettrochimici, anche se le vie di elettrolisi della biomassa e di conversione della CO2 discusse nello studio rimangono al di fuori della sua offerta commerciale principale attuale.
Tuttavia, gli investitori dovrebbero principalmente investire nel futuro successo di Bloom Energy nel mercato dei data center, poiché questo determinerà molto più il suo successo immediato rispetto a una potenziale espansione futura nei mercati dell’idrogeno e dei carburanti verdi.
(Puoi leggere di più su Bloom Energy nel nostro report di investimento dedicato all’azienda)
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Studio di riferimento
1. Ignacio Aguilar at al. Electrochemical energy technologies: Current progress and future opportunities for sustainable energy transitions. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Volume 242, dicembre 2026, 117313. https://doi.org/10.1016/j.rser.2026.117313
