Vie per la produzione globale di idrogeno entro i confini planetari

Perché il futuro dell'idrogeno è importante per l'intero pianeta

L'idrogeno è spesso celebrato come un combustibile meraviglioso e pulito in grado di alimentare navi, impianti industriali e settori pesanti senza riscaldare il pianeta. Ma la produzione di grandi quantità di idrogeno eserciterà a sua volta nuove pressioni su suolo, acqua, energia e sull’ambiente in senso più ampio. Questo studio pone una domanda semplice ma cruciale: il mondo può aumentare la produzione di idrogeno abbastanza in fretta da contribuire agli obiettivi climatici senza spingere i sistemi di supporto vitale della Terra oltre limiti sicuri?

L'idea di uno spazio operativo sicuro per l'umanità

I ricercatori si basano sul concetto di confini planetari, che definisce uno “spazio operativo sicuro” per l’attività umana attraverso nove processi terrestri, tra cui clima, biodiversità, uso delle acque dolci e inquinamento da nutrienti. Molti di questi confini sono già superati. Poiché i piani climatici futuri attribuiscono un ruolo enorme all'idrogeno per ridurre le emissioni da acciaio, prodotti chimici, fertilizzanti e trasporti, il gruppo sostiene che l'idrogeno deve restare entro la propria quota equa di questo spazio sicuro. Ciò significa guardare oltre la sola anidride carbonica e considerare come la produzione di idrogeno si riverberi attraverso l'intero sistema Terra.

Un modello globale dell'idrogeno futuro e del sistema Terra

Per esplorare questo aspetto, gli autori combinano due strumenti potenti. Innanzitutto, utilizzano scenari di mitigazione climatica del pannello climatico dell’ONU coerenti con il limitare il riscaldamento a circa 1,5 °C. Questi scenari specificano quanta idrogeno il mondo probabilmente richiederà tra il 2025 e il 2050 e con quale rapidità altri settori decarbonizzeranno. In secondo luogo, costruiscono un modello dettagliato, bottom-up, di tredici diverse vie di produzione dell'idrogeno, inclusa l'elettrolisi dell'acqua alimentata da elettricità rinnovabile, percorsi a combustibili fossili dotati di cattura e stoccaggio del carbonio e varie tecnologie a base di biomassa. Collegano poi questo sistema di produzione a un modello di interazione con il sistema Terra che traccia come le pressioni su un confine planetario possono amplificare o attenuare quelle su altri attraverso cicli di retroazione.

Cosa accade al pianeta con la crescita dell'idrogeno

Il modello mostra che, anche sotto assunzioni ottimistiche, la produzione globale di idrogeno è destinata probabilmente a risultare insostenibile dal punto di vista ambientale tra oggi e il 2050. Man mano che i volumi di idrogeno salgono da poche milioni di tonnellate oggi a centinaia di milioni di tonnellate a metà secolo, lo “spazio” ambientale disponibile per unità di idrogeno si restringe perché anche altri settori riducono le emissioni. Il team rileva che, senza considerare le retroazioni del sistema Terra, la produzione di idrogeno supererebbe già la sua quota assegnata di sei su nove confini planetari entro il 2025, inclusi clima, acidificazione degli oceani e cicli dei nutrienti. Quando le retroazioni sono incluse — per esempio, come la perdita di biodiversità può peggiorare il cambiamento climatico — queste trasgressioni si amplificano fortemente, e impatti precedentemente marginali come l'uso di acqua dolce e il cambiamento d'uso del suolo vengono spinti anch'essi oltre limiti sicuri.

I modi migliori e peggiori per produrre idrogeno

Non tutto l'idrogeno è uguale. L'analisi mostra che l'idrogeno prodotto tramite elettrolisi dell'acqua alimentata da elettricità a basse emissioni ha l'impronta planetaria complessiva più bassa. Tuttavia, anche questa opzione “verde” supera diversi confini perché la produzione di pannelli solari, turbine eoliche e altre infrastrutture dipende ancora dall'estrazione mineraria e da processi industriali che emettono gas a effetto serra e rilasciano grandi quantità di azoto e fosforo nell'ambiente. L'idrogeno da combustibili fossili dotato di cattura del carbonio si comporta in termini assoluti in modo simile all'elettrolisi e potrebbe fungere da opzione di transizione se è disponibile un adeguato stoccaggio sotterraneo per il carbonio catturato. In netto contrasto, l'idrogeno su larga scala derivato dalla biomassa è il peggiore: intensifica fortemente le pressioni su clima, biodiversità, acqua e cicli dei nutrienti, principalmente perché la coltivazione e la lavorazione della biomassa disturbano gli ecosistemi e rilasciano carbonio immagazzinato.

L'aggiunta di rimozione del carbonio può rendere sostenibile l'idrogeno?

Gli autori valutano anche se combinare la produzione di idrogeno con la cattura diretta dell'anidride carbonica dall'atmosfera potrebbe riportare il sistema entro i confini planetari. Nel loro modello, catturare e immagazzinare permanentemente diversi chilogrammi di CO₂ per ogni chilogrammo di idrogeno può ridurre significativamente il superamento legato al clima e moderare alcuni altri impatti. Tuttavia, questa soluzione comporta richieste proprie: enormi quantità aggiuntive di elettricità rinnovabile sono necessarie per alimentare gli impianti di cattura, e le pressioni legate ai nutrienti derivanti dall'estrazione di materiali per le tecnologie rinnovabili restano elevate. I benefici sono inoltre molto sensibili alle perdite di idrogeno, che potrebbero erodere gran parte del vantaggio climatico se non controllate rigorosamente.

Cosa significa questo per un futuro davvero pulito dell'idrogeno

Per i non specialisti, il messaggio centrale è che l'idrogeno non è automaticamente “verde” solo perché non emette anidride carbonica durante la combustione. Secondo questo studio, la produzione su larga scala di idrogeno probabilmente resterà ambientalmente insostenibile nelle prossime decadi a meno che non venga gestita con attenzione. Il percorso più promettente prevede di dare priorità all'elettrolisi efficiente alimentata da elettricità a basso impatto reale, ammodernare gli impianti esistenti a base fossile con cattura efficace del carbonio come ponte, limitare l'uso della biomassa a scarti e residui reali, impiegare la rimozione del carbonio dove fattibile e stringere i controlli sulle perdite di idrogeno. In breve, l'idrogeno può essere uno strumento vitale per ridurre le emissioni in settori con poche alternative — ma solo se la sua produzione è pianificata entro i più ampi limiti del sistema Terra.

Citazione: Lejeune, M., Kara, S., Hauschild, M.Z. et al. Pathways to global hydrogen production within planetary boundaries. Nat Commun 17, 3521 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70168-x

Parole chiave: idrogeno pulito, confini planetari, elettrolisi da rinnovabili, cattura del carbonio, cattura diretta dell'aria