La defossilizzazione delle industrie europee a maggiore intensità energetica non è solo un imperativo climatico: è una sfida strategica ed economica. Tra queste industrie, il settore siderurgico occupa una posizione unica e complessa come spina dorsale dell'infrastruttura industriale, fornendo materiali essenziali per la costruzione, il trasporto e la produzione. Tuttavia, è anche uno dei maggiori emittenti di gas serra (GHG), responsabile di circa il 6-8% delle emissioni globali di CO₂.
Nella sua forma attuale, la produzione di acciaio dipende fortemente dai combustibili fossili, in particolare dal carbone e dal gas naturale. Questi vengono utilizzati sia come fonti energetiche che come riduttori chimici in processi come quelli utilizzati in altoforno e nella produzione di direct reduced iron (DRI). Decarbonizzare l'acciaio, quindi, significa ripensare non solo l'approvvigionamento energetico, ma anche le basi del processo stesso.
L'idrogeno verde, ovvero l'idrogeno prodotto attraverso l'elettrolisi dell'acqua alimentata da energia elettrica rinnovabile, è emerso come uno dei principali contendenti per sostituire gli input di origine fossile nella produzione dell'acciaio, soprattutto se utilizzato come riduttore al posto del carbone o dei forni industriali a gas naturale, in quanto offre la promessa di un acciaio a carbonio quasi nullo. Tuttavia, nonostante il suo potenziale teorico, la scalabilità delle soluzioni a idrogeno verde nell'industria pesante è tutt'altro che semplice.
Le barriere all'adozione dell'idrogeno verde
Mentre le basi tecnologiche per l'utilizzo dell'idrogeno nella produzione dell'acciaio sono già note, le barriere commerciali e sistemiche sono significative. Oggi la maggior parte dell'idrogeno utilizzato nell'industria siderurgica è “idrogeno grigio”, derivato dal gas naturale attraverso lo steam methane reforming (SMR), un processo che emette grandi quantità di CO₂.
La sostituzione con l'idrogeno verde è stata finora più lenta del previsto, per diversi motivi:
- Alti costi di produzione: l'elettrolisi è ancora un processo costoso, che richiede grandi quantità di elettricità e che fatica a competere con le alternative di origine fossile.
- Lacune infrastrutturali: l'idrogeno è un gas leggero e altamente infiammabile. Il trasporto, lo stoccaggio e l'utilizzo richiedono infrastrutture dedicate che non sono ancora presenti in molte regioni industriali.
- Rischi di investimento: l'adeguamento degli impianti siderurgici esistenti all'uso dell'idrogeno, soprattutto nel percorso DRI, richiede ingenti investimenti di capitale e comporta incertezze operative. In assenza di chiari segnali di prezzo o di mandati normativi, molti produttori esitano a fare il salto.
- Incertezza del mercato: nonostante la crescente domanda di prodotti a basse emissioni di carbonio, il mercato dell'acciaio verde è ancora in fase di sviluppo. Questo limita la disponibilità delle aziende a pagare un prezzo maggiorato, riducendo l'incentivo ad adottare input più ecologici.
In breve, per rendere l'idrogeno verde praticabile nel settore siderurgico è necessario affrontare contemporaneamente le dimensioni economica, infrastrutturale e politica.
H2STEEL: un'alternativa circolare ed economica
È questa la sfida che il progetto europeo H2STEEL intende vincere. Invece di affidarsi all'elettrolisi ad alta intensità di elettricità, H2STEEL - di cui l'Incubatore del Politecnico di Torino (I3P) è tra i partner principali - introduce un percorso innovativo e potenzialmente dirompente per la produzione di idrogeno verde: la pirolisi catalitica del biometano, utilizzando un catalizzatore derivato dai rifiuti e ricavato dal biochar, e sfruttando il calore residuo dell'impianto siderurgico.
Il cuore del concetto di H2STEEL è l'idea di trasformare i rifiuti organici, come i fanghi di depurazione e i rifiuti industriali, in risorse preziose attraverso un modello integrato di economia circolare. Utilizzando un innovativo sistema di reattori e un catalizzatore a base di biochar prodotto dal digestato (un sottoprodotto della digestione anaerobica), il progetto consente di convertire il biometano in due prodotti chiave:
- idrogeno verde, un combustibile pulito che può sostituire i flussi a base fossile nella produzione di acciaio;
- biocoal, un materiale solido di carbonio che può sostituire il carbone fossile, riducendo la dipendenza dal carbone importato e le emissioni.
Oltre a questi prodotti principali, il processo elaborato da H2STEEL consente anche il recupero di materie prime critiche (CRM) dai rifiuti organici, come fosforo e potassio. Questi elementi possono essere reintegrati nelle filiere agricole come fertilizzanti, riducendo la necessità di estrarre risorse vergini.
L'impatto economico e ambientale
Uno dei vantaggi più interessanti di H2STEEL è la sua competitività in termini di costi. Evitando la necessità di acqua ad alta purezza e di elettricità costosa, e utilizzando rifiuti biologici a costo negativo come materia prima e recuperando CRM come il fosforo, il progetto abbassa significativamente la barriera alla produzione di idrogeno su scala industriale. Ciò lo rende più accessibile alle acciaierie che altrimenti potrebbero essere scoraggiate dall'intensità di capitale delle soluzioni basate sull'elettrolisi.
Inoltre, l'uso del carbone biologico come sottoprodotto del processo offre ulteriori vantaggi. Sostituisce il carbone fossile nella produzione dell'acciaio, contribuisce alla riduzione delle emissioni di CO₂ e sblocca l'accesso ai crediti di carbonio nell'ambito dei regolamenti del sistema di scambio delle emissioni (ETS) dell'UE. In questo modo, il processo H2STEEL mira a ridurre ulteriormente il costo complessivo della produzione di idrogeno verde per applicazioni industriali, creando al contempo un'ulteriore opportunità commerciale per le aziende coinvolte.
Questo approccio "multi-output" crea molteplici flussi di valore:
- idrogeno verde e biocombustibile, come energia pulita e riduttori chimici;
- CRM recuperati per la produzione di fertilizzanti;
- vantaggi di conformità ambientale (crediti di carbonio).
Generando valore economico dai rifiuti, H2STEEL non solo migliora l'efficienza delle risorse, ma si allinea perfettamente agli obiettivi dell'Unione Europea per la simbiosi industriale e le catene del valore circolari. Collegando la gestione dei rifiuti, la produzione di idrogeno rinnovabile e la siderurgia verde, il progetto crea un nuovo ecosistema industriale in cui ogni prodotto alimenta l'anello successivo della catena del valore.
Questo sistema sinergico ha il potenziale per defossilizzare settori industriali chiave, creare nuove opportunità di mercato per l'utilizzo dei rifiuti organici e ridurre la dipendenza dell'Europa dai combustibili fossili e dalle importazioni di materie prime.
Guardando al futuro
L'idrogeno verde può rimodellare il futuro dell'acciaio, ma solo se ripensiamo a come viene prodotto, distribuito e integrato. Progetti europei come H2STEEL dimostrano che esiste più di un percorso verso la defossilizzazione e che il pensiero circolare può accelerare il viaggio.
Mentre procede con le fasi di test e validazione, H2STEEL offre un'idea di come l'Europa possa guidare la rivoluzione industriale pulita trasformando i rifiuti di oggi nel vantaggio competitivo di domani.
