Dai treni ad Idrogeno alla Hydrogen Valley

DAI TRENI CON ALIMENTAZIONE A IDROGENO PER LA MODERNIZZAZIONE DELLA LINEA BRESCIA – EDOLO ALLA HYDROGEN VALLEY DI VALLE CAMONICA

A cura di Dario Furlanetto

PREMESSA

Prima ancora di entrare nel merito del discorso relativo all’idrogeno come elemento utile e strategico nella mobilità di alcune categorie di mezzi di trasporto, treni su linee non elettrificate in primis, occorre spiegare in quali condizioni sociali e ambientali è nata e si è consolidata l’idea dell’utilizzo di tale vettore per modernizzare, non solo la linea ferroviaria, ma una intera vallata alpina.

È noto, o dovrebbe esserlo, che l’efficienza o la scarsità della rete di trasporti di uomini e merci rappresenta un fattore cruciale di supporto o di mortificazione delle comunità servite, influendo in modo rilevante sul loro sviluppo o sul loro declino.

Data la sua conformità territoriale, l’accesso alla Valle Camonica avviene principalmente attraverso la strada statale 42 (alla quale si innesta la SP 510 – Sebino Orientale), oltre che tramite la ferrovia Brescia – Edolo. Un limitato ma pur sempre utile accesso, soprattutto in chiave turistica, è dato dalla pista ciclabile camuna, ben collegata verso le valli trentine e la pianura bresciana, ma ancora incompleta in direzione dell’area metropolitana milanese.

Il contesto nazionale dal dopoguerra in avanti ha decisamente puntato allo sviluppo della viabilità stradale mortificando quella ferroviaria, favorendo innanzitutto la mobilità privata, imperniando gran parte dell’economia nazionale sulla filiera “produzione di acciaio e cemento – autovetture private – strade”.

Tale linea di sviluppo ha fortemente penalizzato le cosiddette “Aree Interne”, ovvero quei territori esterni alle principali direttrici di traffico, che si sono viste sempre più marginalizzare a causa dei poco agevoli spostamenti e della riduzione o addirittura eliminazione del trasporto pubblico, cosa che ha costretto le popolazioni delle aree montane o marginali ad “arrangiarsi” o a emigrare.

La Valle Camonica è rientrata appieno in tale dinamica e i camuni sono emigrati o si sono “arrangiati”: solo per dare un’idea, l’indice di autoveicoli per abitante in Valle Camonica risulta pari a 0,73 contro valori decisamente più bassi per la provincia di Brescia (0,6) e per la Regione Lombardia (0,59). Il dato evidenzia un forte uso del mezzo privato per gli spostamenti. Complice in tutto ciò risulta senz’altro essere il ruolo marginale esercitato dalla linea ferroviaria Brescia – Iseo – Edolo.

Migliorare l’efficienza della ferrovia camuna, che per fortuna non è stata smantellata negli anni dell’ubriacatura automobilistica – sorte purtroppo toccata alla maggior parte dei percorsi ferroviari delle vallate alpine limitrofe – è quindi un atto dovuto, oseremmo dire un atto di giustizia, per riportare in equilibrio il territorio della Valle Camonica compensandone in tal modo le popolazioni e l’economia.

Un secondo fattore ci preme evidenziare in queste brevi note introduttive: la mancata modernizzazione della linea ferroviaria (l’elettrificazione, innanzitutto) ha avuto come conseguenza un’ulteriore penalizzazione per la valle e i suoi abitanti: spieghiamo il perché di tale asserzione. La tratta ferroviaria Brescia – Edolo (lunga 103 KM) è percorsa da 14 convogli diesel per un totale di 51 treni giornalieri con percorrenza media di 90.000 km/anno/treno: i treni in servizio consumano circa 690.000 litri di gasolio all’anno. Tale percorrenza causa l’immissione in atmosfera di:

  • 1.826 tonnellate di CO2eq/anno
  • 11,258 ton/anno di Ossidi di Carbonio (CO)
  • 12,867 ton/anno di Ossidi di Azoto (NOx) e di Idrocarburi Incombusti (HC)
  • 0,646 ton/anno di Polveri Sottili (PM)

La ricaduta di idrocarburi incombusti, polveri sottili e altri sottoprodotti della combustione del gasolio rappresentano quindi una percentuale di inquinanti importante, sicuramente maggiore di quella rappresentata dalle polveri sottili dovute alla combustione di legna che, giustamente, gli enti locali cercano di contenere per migliorare la qualità complessiva dell’aria camuna che in certe giornate dell’anno, complice il clima sfavorevole e i venti prevalenti da sud (pianura padana bresciana), assomiglia pericolosamente a quella dei popolosi centri urbani della cintura milanese.

Quest’ultimo è un altro buonissimo motivo per chiedere che la linea ferroviaria venga potenziata (più corse e maggiore efficienza in orari e tempi di percorrenza) ma non a scapito della salute della popolazione, eliminando quindi tutti i sottoprodotti inquinanti della combustione del gasolio. Soprattutto, se si pensa che ai 690.000 litri di gasolio bruciato dai treni si sommano quelli bruciati dai battelli in esercizio sul lago di Iseo che consumano altri 580.000 litri di gasolio all’anno, e i bus di linea che percorrono circa 3.000.000 di Km/anno con il consumo di altri 800.000 litri di gasolio.

La proposta di utilizzare per tutti questi mezzi l’idrogeno parte, dunque, dalle due motivazioni sovra descritte alle quali se ne aggiunge una terza: la Valle Camonica risulta essere uno dei territori con la più alta produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili (idroelettrico) in Italia: circa un TWh/anno. Oltre il 90% di tale energia viene esportata verso i territori della pianura e verso i grandi centri urbani di Brescia e Milano (con perdite di energia durante il trasporto dell’ordine del 6 -7%). Di tale produzione di energia pulita e rinnovabile la Valle usufruisce ben poco, mentre subisce pesantemente l’inquinamento dovuto al gasolio bruciato dai treni e dai bus che la attraversano e dai traghetti posti a valle. La proposta di utilizzare una parte dell’energia idroelettrica (meno del 2%) prodotta in Valle per l’elettrolisi dell’acqua e la produzione di idrogeno ad uso di treni, bus e traghetti, risulta quindi anche una forma di risarcimento al territorio.

Infine, nel luglio 2018 la Valle Camonica è stata insignita dall’UNESCO del titolo di “Riserva della Biosfera” (MAB – Man and Biosphere), riconoscimento ottenuto in virtù delle eccezionali qualità ambientali, paesaggistiche e storico – culturali possedute, ma altresì per l’impegno assunto per perseguire “… uno sviluppo sostenibile del territorio ed un uso equilibrato delle risorse … divenendo luogo di sperimentazione di politiche di gestione delle risorse naturali, sociali ed economiche in cui siano coinvolte le comunità locali, le aziende, i giovani e le scuole”  (parole tratte dal dossier di candidatura presentato all’UNESCO dalla Valle). In particolare, tra le azioni previste nel “Piano di Azione e Cooperazione” allegato al dossier di candidatura, spicca quella definita “Incentivazione alla mobilità sostenibile” dove la Valle si è impegnata ad “incentivare l’utilizzo di mezzi di trasporto sostenibile, ridurre l’uso delle automobili private e aumentare l’uso dei mezzi pubblici”.

Nella proposta di realizzare in Valle Camonica un “Distretto dell’idrogeno” o, come va di moda dire una “Hydrogen Valley”, si sommano tutti i fattori sovra descritti. Il riconoscimento di tali ragioni ha coinvolto tutte le componenti culturali, politiche, economiche e sociali della Valle; ciò ha portato ad assumere con forza l’impegno a sperimentare una via innovativa per lo sviluppo sostenibile del territorio, dove la parola “sostenibile”, termine spesso abusato, avrebbe nell’ammodernamento della rete ferroviaria una prima, ma assolutamente non esaustiva, concreta applicazione.

L’IDROGENO OGGI E LA SUA PRODUZIONE

La produzione mondiale attuale dell’idrogeno è in gran parte basata sulle fonti fossili tramite la gasificazione di carbone/lignite (brown hydrogen) cioè “Idrogeno marrone”, o tramite il processo di steam reforming del gas naturale (definito grey hydrogen, cioè “Idrogeno grigio”); quest’ultimo, se abbinato alle tecnologie per catturare le emissioni di CO2 (CCS, Carbon Capture and Storage), cambia ancora definizione diventando “Idrogeno blu” (blue hydrogen). In ogni caso, la produzione dell’idrogeno (anche dell’idrogeno blu!) da fonti fossili è responsabile di una quantità notevole di emissioni climalteranti e inquinanti.

Invece, per produrre “idrogeno verde” si sfrutta l’energia elettrica generata da fonti rinnovabili (nel nostro caso energia idroelettrica) grazie agli “elettrolizzatori”, strumenti che consentono di separare, partendo dall’acqua, le due molecole che la compongono: idrogeno e ossigeno, senza produrre nessun elemento di scarto. Una volta prodotto e immagazzinato, l’idrogeno può essere riconvertito in elettricità con il procedimento inverso, tramite le cosiddette “Celle a combustibile”.

Ma attenzione: le leggi della termodinamica valgono anche per i due procedimenti di idrogenazione ed elettrificazione sovra descritti e, per ogni passaggio, a seconda dell’efficienza del processo, si ha una perdita di rendimento che varia del 20% al 30%.

Se ne deduce che l’uso dell’idrogeno va favorito e sostenuto laddove l’uso diretto dell’energia elettrica prodotta non risulti conveniente e, questo si verifica essenzialmente in due casi: sovraproduzione di energia o energia prodotta con discontinuità. L’idrogeno, una volta stoccato in serbatoi a pressione, diventa una soluzione efficiente per l’accumulo energetico e il bilanciamento della rete, poiché si può riconvertire in ogni momento nuovamente in elettricità attraverso le celle a combustibile o con turbine a gas. È il caso, ad esempio, degli impianti a solare fotovoltaico o di quelli ad eolico: il sole e il vento non sempre ci sono e può essere conveniente stoccare l’energia prodotta nei momenti di sovraproduzione,  sotto forma di idrogeno, per poi utilizzarla alla bisogna.

In entrambi i casi la tecnologia dell’idrogeno consente una grande flessibilità d’uso: il gas, infatti, può essere stoccato in serbatoi per poi essere impiegato su treni, bus, camion e navi (in un prossimo futuro anche su aerei) alimentati da celle a combustione, oppure miscelato (blending) in percentuali variabili nelle reti esistenti del gas naturale per molteplici utilizzi (riscaldamento degli edifici, processi industriali fortemente energivori, etc.).

Una via alternativa ancora non industrializzata è data dalla produzione biologica di idrogeno (detto in questo caso “bioidrogeno”) che sfrutta processi legati a microorganismi come batteri rossi, cianobatteri e microalghe. Questi microrganismi sono capaci, nelle opportune condizioni, di sfruttare una via metabolica anaerobica che porta alla produzione di idrogeno a partire da fonti diverse (in genere materiale organico di scarto), grazie all’azione catalizzatrice di enzimi che contengono ferro o nichel attraverso un processo chiamato idrogenasi.

Infine, è di questi mesi la scoperta di sistemi di produzione di idrogeno per sintesi enzimatica direttamente dall’acqua utilizzando la luce solare e cellule fotocatalitiche al grafene (vedasi Nature Chemistry di gennaio 2020).

Quello dell’idrogeno è quindi un mondo in piena evoluzione ricco di aspettative e di colpi di scena.

I TRENI A IDROGENO

La multinazionale francese Alstom, che vanta una forte presenza industriale anche in Italia con gli stabilimenti di Savigliano (Cuneo), Sesto San Giovanni (Milano) e Bologna, ha progettato e messo in esercizio un treno a idrogeno, il Coradia iLint.

I primi due treni a idrogeno sono entrati in esercizio nel 2018 in Bassa Sassonia (Germania); entro il 2022 tutti i treni della linea Elbe – Weser (14 treni) sarà a trazione a idrogeno.

Anche Francia, Austria, Olanda, Regno Unito e Polonia hanno messo in ordine treni Coradia iLint per le loro reti ferroviarie non ancora elettrificate. 

Infatti, il treno a idrogeno rappresenta la soluzione ideale su linee non ancora elettrificate dove non è possibile affidarsi ai normali treni elettrici e dove occorra utilizzare sistemi che generino energia direttamente a bordo.

Il treno base, costruito nella fabbrica di Salzgitter in Germania, è lungo 54 metri e porta installati sui tetti delle carrozze i serbatoi per l’idrogeno, concentrati nella parte centrale del convoglio per ragioni di sicurezza. Nella zona inferiore, invece, la novità principale è il convertitore ausiliario, ossia il sistema di recupero dell’energia cineticache entra in funzione durante le frenate.

La velocità massima è di 140 chilometri orari, con una capienza complessiva che raggiunge i 300 passeggeri, suddivisi in 150 posti a sedere e altrettanti in piedi.  Con un solo rifornimento (tempo di rifornimento pari a 20 minuti, come per il gasolio) Coradia iLint è in grado di viaggiare per oltre 1.000 chilometri.

Il cuore del sistema è la cella a combustione, che rappresenta la principale fonte di energia. La trazione del treno è elettrica e l’energia viene fornita attraverso la combinazione dell’idrogeno (immagazzinato nei serbatoi) con l’ossigeno dell’aria esterna.

Nel treno a idrogeno l’unico prodotto di scarto del processo è un mix di vapore acqueo e acqua di condensa, mentre non vengono generati né particolato né anidride carbonica o altri prodotti.

Il sistema è reso ancora più efficiente (e silenzioso) dall’assenza di generatori e turbine. Le batterie sono agli ioni di litio ad alta prestazione e utili per immagazzinare l’energia generata e non immediatamente spesa, perciò risultano fondamentali per contenere i consumi (si potrebbe impropriamente definire il Coradia iLint come un treno “ibrido”). La batteria accumula energia in due circostanze: quando viene prodotto un surplus di energia rispetto a quanta ne occorra per la trazione, oppure durante la fase di frenatura, grazie al già citato sistema di recupero dell’energia cinetica. L’energia immagazzinata nella batteria viene sfruttata durante le fasi di accelerazione per supportare l’azione delle celle a combustibile e garantire prestazioni del tutto paragonabili a quelle dei treni a trazione elettrica ordinaria.

ALCUNI RAGIONAMENTI INTORNO AI COSTI

Un treno a idrogeno costa circa 12 milioni di Euro, il 30% in più di un analogo treno a gasolio. Dieci anni: questo è il tempo che Alstom valuta possa bastare per rientrare dal maggiore investimento in un treno a idrogeno se confrontato con i costi da sostenere per un convoglio diesel. Infatti, i risparmi riguardano soprattutto i costi per la manutenzione e per l’operatività quotidiana.

L’elettrificazione delle linee ferroviarie ha un costo variabile da 1,0 a 1,5 milioni di Euro a chilometro. Nel nostro caso, la linea Brescia – Edolo, lunga circa 103 chilometri, ad un costo medio di 1,2 milioni a chilometro, costerebbe circa 120 milioni di Euro. A tale costo andrebbero poi aggiunti i costi relativi ai disagi di fermo linea per la realizzazione della elettrificazione, i tempi lunghi di realizzazione ed il rischio assai concreto che una volta fermata la linea non venga più fatta ripartire (è già successo!). Saltare l’elettrificazione e passare direttamente ai treni a idrogeno sarebbe conveniente per due motivi: i costi sono simili ma nel caso dell’idrogeno più facilmente modulabili (si potrebbero acquistare i treni necessari man mano che si dismettono i treni a gasolio più vecchi) e con il grande vantaggio della immediatezza del funzionamento dei treni a idrogeno sulla linea senza dover passare attraverso lavori di elettrificazione che durerebbero anni e come tali risulterebbero pieni di incognite e di fermi del trasporto ferroviario.

Per quanto riguarda i costi del carburante, attualmente l’idrogeno verde costa ancora troppo (oltre 10 Euro al Kg) per essere concorrente al gasolio e all’idrogeno grigio. Per diventare concorrenziale a questi ultimi, il prezzo dovrà scendere sotto i 5 Euro al Kg. Secondo alcuni analisti questo potrebbe avvenire già prima del 2030 per due fattori concomitanti: primo, il prezzo dell’energia elettrica da fonti rinnovabili scenderà presto sotto 30 Euro per MWh e secondo, l’introduzione di una carbon tax adeguata, finalmente, renderà conto delle ricadute ambientali e sociali della produzione di energia elettrica da fonti fossili.

UN DISTRETTO DELL’IDROGENO IN VALLE CAMONICA

Le “Hydrogen Valley”, intese quali ecosistemi dell’energia rinnovabile che includono sia la produzione che il consumo di idrogeno, hanno tra i propri obiettivi quello di avere un impatto positivo, non solo in termini ambientali ma anche in termini di ricaduta economica e sociale, creando un concreto beneficio ai terrori interessati sia a livello di occupazione che di crescita di nuove competenze all’interno delle imprese e nel territorio. Ecco perché gli enti locali camuni, in collaborazione con Università, professionisti e tecnici, stanno sostenendo una serie di studi di fattibilità per progetti che prevedano lo sviluppo dell’intero comparto legato all’idrogeno inuna logica di filiera integrata e di economia circolare, realizzando un prototipo di “Distretto dell’Idrogeno” sinora unico in Italia.

L’iniziativa di Trenord diventa quindi il presupposto per una trasformazione energetica intesa quale occasione di prosperità per l’intera comunità locale.

Tra le iniziative previste in valle c’è la realizzazione a Edolo di una centrale per la produzione di idrogeno abbinata a un impianto di teleriscaldamento già esistente, ora alimentato da due cogeneratori a gas naturale e uno a cippato. Proprio a partire dalla produzione elettrica dei cogeneratori, oggi ceduta completamente alla rete con sicure dispersioni e perdite di efficenza durante il trasporto, si andrebbero a produrre in loco circa 145.000 kg di idrogeno attraverso lo sfruttamento di un elettrolizzatore di capacità elettrica pari a 1MW. Si tratterebbe sostanzialmente di un progetto “carbon neutral” in quanto non verrebbe prodotta CO2 aggiuntiva alla normale quantità già prodotta dall’impianto per il teleriscadamento; anzi, oltre a ottimizzare l’uso dell’enegia elettrica si recupererebbe anche il calore prodotto dall’elettrolizzatore per migliorare ulteriormente il ciclo di teleriscaldamento. A livello logistico l’attuale impianto di cogenerazioone sorge a pochi metri dal capolinea della linea ferroviaria Brescia-Iseo-Edolo, in posizione ottimale per servire sia i treni che i bus.

Il secondo progetto in corso di definizione riguarda la produzione di idrogeno con energia idroelettrica proveniente dalla centrale idroelettrica LGH (Gruppo A2A) posta sul torrente Dezzo nel comune di Darfo Boario Terme. Attualmente la centrale, con una potenza nominale media di 5,2MW elettrici, conferisce la propria produzione alla rete per mezzo di una connessione in alta tensione posta a fianco della stessa. Accanto alla centrale sorge una vasta area industriale da tempo dismessa denominata “Area Banzato».

In questo caso si prevede di realizzare un elettrolizzatore di circa 1MW elettrico di potenza in grado da subito di garantire la produzione di circa 120.000 kg di Idrogeno, ma in futuro sarà possibile espandere la produzione di idrogeno sino eventualmente e saturare l’attuale produzione elettrica.

Dal punto di vista tecnico, anche in questo caso oltre all’elettrolizzatore, è previsto un sistema per lo stoccaggio dell’idrogeno a bassa pressione, un compressore ed un impianto per lo stoccaggio ad alta pressione e infine, un sistema di distribuzione per il rifornimento di autobus e camion. Darfo è infatti un punto strategico per la logistica dei trasporti pubblici in quanto snodo verso la media ed Alta Vallecamonica, Brescia, Bergamo, Orio al Serio e Milano e verso la vicina Val di Scalve. Si prevede anche di utilizzare l’idrogeno prodotto per il rifornimento dei mezzi per la raccolta dei rifiuti della locale azienda municipalizzata Valle Camonica Servizi Srl.

Inoltre, la vicinanza alla stazione ferroviaria potrebbe costituire un ulteriore supporto, se richiesto, per il rifornimento dei treni della linea Brescia – Iseo – Edolo.

Anche in questo caso si prevede la creazione di una nuova rete di teleriscaldamento a servizio dei vicini poli scolastici e dei numerosi edifici pubblici (palestre, piscina, municipio).

Infine, vi è la possibilità di realizzare un progetto di rigenerazione dell’area industriale dismessa, anche con la costituzione di un polo di ricerca a supporto alla filiera dell’idrogeno.

CONCLUSIONI

L’Unione Europea nella recente forte presa di posizione a favore di uno sviluppo sostenibile e di un abbattimento dei fattori alteranti il clima, primi tra tutti i gas climalteranti e gli inquinanti dell’aria risultanti dalla combustione di idrocarburi, ha ampliamente finanziato ricerca e applicazione dell’uso dell’idrogeno quale combustibile pulito e sicuro. È nell’ordine delle cose che la forte dote finanziaria messa a bilancio dalla UE a favore di sistemi di trasporto “puliti” e alternativi all’uso di idrocarburi si trasformi presto in fondi a disposizione per ammodernare i mezzi di trasporto pubblici e privati. In tal senso la UE ha già ampiamente finanziato il rinnovo del parco macchine e dei mezzi di locomozione lacustri e fluviali con motori a idrogeno e nelle dichiarazioni legate alle future forme di trasporto il passaggio successivo riguarderà i mezzi pesanti (camion) e i treni.

La trasformazione già in atto della A22 in “Autostrada a idrogeno” da Vipiteno a Modena e poi ai porti di Trieste e Genova sul versante italiano, fino a Innsbruck sul versante austriaco e fino a Berlino sul tratto germanico, rappresenta il primo anello di tale catena di conversione. Il fatto che la Germania acceleri sull’uso dei treni a idrogeno (ma anche dei distributori di carburante – in Germania ne sono in funzione già 43 e entro il 2030 diventeranno 400) dovrebbe aprirci gli occhi sulle opportunità offerte dalla nuova tecnologia.

Concludendo, l’idrogeno prodotto nel Distretto di Valle Camonica dovrebbe servire non solo per far funzionare i treni della linea Brescia – Iseo – Edolo, ma anche per i battelli sul Lago di Iseo, per i bus di linea ed infine per le industrie fortemente energivore (e climalteranti) quali quelle del comparto siderurgico e delle forge, fortemente sviluppato in Valle Camonica. Ciò consentirebbe di abbattere il carico climalterante e inquinante, migliorando la qualità di vita della popolazione, generando posti di lavoro di qualità nel campo della produzione e manutenzione di impianti di produzione e di mezzi di traporto a idrogeno.

Endine Gaiano, 1 Marzo 2021