L’idrogeno, specie quello verde o a basse emissioni, è oggetto di una forte attività di ricerca e innovazione, come mostra un report di IEA ed EPO relativo ai brevetti, in cui si nota l’attenzione crescente al clima.

TAKEAWAY

• L’idrogeno verde o a basse emissioni è chiamato a svolgere un ruolo importante nella transizione energetica, per la decarbonizzazione dei trasporti e dell’agricoltura. L’interesse è in notevole aumento, specie in termini di ricerca e sviluppo.
• International Energy Agency ed European Patent Office hanno esaminato quanta attenzione e dinamismo vi siano, in termini di brevetti, attorno all’idrogeno a basse emissioni e “motivati dal clima”. Hanno rilevato che negli ultimi dieci anni il loro numero è raddoppiato.
• Le tecnologie al centro dell’attività brevettuale sono focalizzate sull’elettrolisi, ma anche sulle celle a combustibile e sulla produzione di idrogeno da biomassa. Per quanto riguarda gli attori, accanto ai colossi della chimica e dell’automotive, si distinguono le startup.

---

Sulle tecnologie per l’energia pulita si sta concentrando un interesse sempre più forte, come dimostra l’andamento degli investimenti e dell’attività di ricerca sull’idrogeno verde (o a basse emissioni).

Lo mostra in modo chiaro il Report “Hydrogen Patents”, analisi sui brevetti dedicati all’H₂, condotta dall’International Energy Agency (IEA) e dallo European Patent Office (EPO). È una valida cartina tornasole delle tendenze dell’innovazione lungo le catene di valore dell’idrogeno, riguardante produzione, stoccaggio e trasporto nonché utilizzi finali.

Le informazioni sui brevetti sono il segnale più precoce dell’innovazione industriale e scientifica, sulle tendenze presenti e soprattutto future. Questa “mappa” degli investimenti e delle attività di ricerca e sviluppo, sotto forma di brevetti, mette in luce diversi aspetti, il primo dei quali è l’attenzione rivolta alle tecnologie “motivate dal clima”: è in crescita esponenziale. All’opposto, l’attività brevettuale legata ai combustibili fossili è in calo da anni. 

L’innovazione nel settore dell’R&D sull’idrogeno si sta spostando verso soluzioni a basse emissioni, con l’Europa in posizione dominante. Con il 28% di tutte le famiglie di brevetti internazionali (IPF) nel periodo 2011-2020 (di cui l’11% dalla Germania, il 6% dalla Francia e il 3% dai Paesi Bassi), i Paesi UE sono al primo posto nelle attività brevettuali sull’idrogeno.

Inoltre, il Report pone in evidenza il contributo crescente delle startup all’innovazione nell’idrogeno, come pure i centri di ricerca accademici, anche se il peso specifico più significativo è legato all’attività dei colossi del settore chimico e del comparto automotive.

Le tecnologie di elettrolisi (al centro della produzione di idrogeno verde) sono il principale motore dell’innovazione nella produzione di idrogeno negli ultimi due decenni, candidandosi come elementi prioritari tra le cleantech.

Contesto brevettuale a parte, sull’idrogeno verde si sta componendo uno scenario positivo per la sua crescita. A questo proposito, l’entrata in vigore di svariati programmi di sovvenzioni governative assicureranno la redditività dei progetti di idrogeno rinnovabile. Si pensi, innanzitutto, all’Inflaction and Reduction Act, al cui interno è compreso il credito d’imposta sull’idrogeno.

Quest’anno dovrebbero partire anche i programmi di sovvenzione simili da parte dell’Unione Europea e del Regno Unito, ma altri Paesi extraeuropei puntano ad adottare politiche incentivanti, tra questi il Canada.

Sempre in termini politici, occorrerà guardare con attenzione ai piani della Cina, in grado di spostare – parecchio – gli equilibri. I decisori politici europei e statunitensi stanno cercando di contrastare il precoce dominio cinese sugli elettrolizzatori, sottolinea Bloomberg.

Tecnologie per l’energia pulita: uno scenario in decisa crescita

L’idrogeno, scrive la IEA, è un elemento fondamentale per la transizione energetica, sul quale c’è una crescente attenzione.

Bloomberg evidenzia che, per la prima volta, sui mercati obbligazionari sono stati raccolti più soldi per i progetti rispettosi del clima che per i combustibili fossili. Circa 580 miliardi di dollari sono stati stanziati nel 2022 per l’energia da fonti rinnovabili e per altre iniziative rispettose dell’ambiente, contro i 530 miliardi circa dell’industria fossile.

L’Agenzia internazionale dell’energia, in questi stessi giorni in cui ha presentato Hydrogen Patents, ha pubblicato il report Energy Technology Perspectives in cui ha prefigurato l’alba di una nuova era industriale per il mondo dell’energia: l’era della produzione delle tecnologie per l’energia pulita.

L’analisi mostra che il mercato globale delle principali clean energy technology prodotte in serie avrà un valore di circa 650 miliardi di dollari all’anno entro il 2030 – più del triplo del livello attuale – se i Paesi di tutto il mondo attueranno pienamente gli impegni annunciati in materia di energia e clima.

Tutto questo conseguirà un notevole impatto sul fronte occupazionale: i posti di lavoro nel settore manifatturiero dell’energia pulita raddoppieranno, passando dagli attuali 6 milioni a quasi 14 milioni entro il 2030.

Accanto alle fonti rinnovabili, c’è anche un altro aspetto che interessa le cleantech, ovvero le tecnologie per la cattura, l’utilizzo e lo stoccaggio di CO₂ (CCUS). Non sono un concetto nuovo: i progetti su scala industriale esistono da più di mezzo secolo. Ma ora potrebbero prendere piede.

Lo rileva un’analisi di Wood Mackenzie, uscita sempre in questi giorni, secondo cui la lista di progetti CCUS a livello mondiale è aumentata di oltre il 50% nel 2022 e gli annunci fatti in tutti i settori “mostrano uno slancio incredibile”.

Secondo la visione degli analisti, si prevede che per circa 90 progetti si arriverà alla decisione finale di investimento. Non solo: secondo il think tank dedicato ai temi energetici, gli investimenti nella valutazione dello stoccaggio aumenteranno.

Idrogeno a basse emissioni: l’aumento di brevetti è significativo

Tra le tecnologie per l’energia pulita, l’idrogeno verde è quello che deve ancora mostrare il suo potenziale. IEA ricorda che la domanda globale di idrogeno, pari a 94 milioni di tonnellate nel 2021, è stata interamente soddisfatta a partire da combustibili fossili, di cui il 62% proviene da impianti di reforming di gas naturale senza cattura di CO₂.

Ma è proprio dall’attività svolta nella ricerca e sviluppo che si nota un cambiamento sostanziale di direzione. Secondo i dati dell’European Patent Office, le tecnologie dell’idrogeno “motivate dal clima” hanno generato il doppio delle famiglie di brevetti internazionali nel periodo 2011-2020 rispetto alle tecnologie consolidate. Per famiglia di brevetti si intende un insieme di domande di brevetto che coprono lo stesso contenuto tecnico o simile.

Circa due terzi delle invenzioni consolidate ed emergenti si concentrano sulle tecnologie “motivate dal clima”. Anche tutto quello che riguarda l’ambito dell’innovazione nelle applicazioni finali dell’idrogeno è guidato in maniera prioritaria da nuove soluzioni motivate dalle preoccupazioni climatiche, con oltre il 90% delle IPF rivolte ai trasporti, alla produzione di ferro e acciaio, agli edifici o alla generazione di elettricità.

I brevetti dedicati all’idrogeno a basse emissioni si concentrano, in particolare, sui metodi di produzione, oggetto della metà delle IPF riguardanti “H2 tech” degli ultimi dieci anni analizzati (2011-2020).

Negli ultimi vent’anni si è notato un chiaro spostamento dell’innovazione dai metodi tradizionali ad alta intensità di carbonio alle nuove tecnologie con il potenziale di decarbonizzazione della produzione di idrogeno. A questo proposito, le famiglie di brevetti internazionali da combustibili fossili sono diminuite dal 2007.

C’è poi un elemento da considerare: l’interesse sempre più forte di investitori privati in tecnologie per l’energia pulita e, in particolare per l’idrogeno verde. La stessa Agenzia internazionale dell’energia rivela a questo proposito: «un portafoglio di società quotate in borsa monitorate dalla IEA, il cui successo dipende dalla crescente domanda di idrogeno a basse emissioni, vale oggi circa dieci volte di più rispetto a cinque anni fa, con 33 miliardi di dollari, e quattro volte di più rispetto alla fine del 2019».

Nella fase precedente lo sviluppo tecnologico, gli investimenti di venture capital nelle tecnologie dell’idrogeno hanno registrato un boom nel 2021, in quanto gli investitori hanno abbracciato un’ampia gamma di opportunità tecnologiche che potrebbero contribuire a portare più energia a basse emissioni in tutti i settori e applicazioni.

Le operazioni di early-stage (fase iniziale d’investimento nella vita di un’impresa) che sostengono idee innovative e a più alto rischio hanno superato il miliardo di dollari, quasi sei volte il valore equivalente del 2020.

Elettrolisi al centro dell’innovazione

Sempre a proposito di brevetti riguardanti tecnologie per l’energia pulita, in particolare per le cleantech, l’elettrolisi rappresenta la base di riferimento per la produzione di idrogeno verde e il fattore di attrazione più forte in termini di brevetti e investimenti.

È una delle voci predominanti, considerando anche le celle a combustibile e in misura minore la produzione di idrogeno da biomassa o da composti inorganici. Le tecnologie elettrolitiche sono state il principale motore dell’innovazione nella produzione di idrogeno negli ultimi due decenni.

In risposta all’azione del governo e alle crescenti aspettative sulla competitività dell’energia pulita, un numero sempre maggiore di capitali sta confluendo nelle tecnologie chiave dell’idrogeno. Nel 2021 è entrata in funzione una maggiore capacità di elettrolizzatori in grado di produrre idrogeno dall’acqua rispetto a qualsiasi altro anno precedente: quasi 210 MW.

In totale, nel 2022 è prevista l’entrata in funzione di quasi 900 MW di capacità di elettrolizzatori, che produrrebbero circa 0,1 milioni di tonnellate di idrogeno all’anno. Nel 2021 sono stati spesi più di 1,5 miliardi di dollari per progetti in fase avanzata, che stanno raggiungendo le scale commerciali di industrie come la raffinazione e i fertilizzanti che riforniscono. Nello stesso report si sottolinea che:

«la competizione per essere leader nell’innovazione dell’idrogeno si sta intensificando e ha il potenziale per guidare la commercializzazione. La posta in gioco è alta: le installazioni di elettrolizzatori raggiungono i 380 GW nel 2030 nello scenario Net Zero Emissions al 2050 formulato da IEA»

A proposito di soluzioni tecnologiche, quella riguardante l’elettrolisi dell’acqua alcalina è la più datata tra le tecnologie di questo tipo. Gli elettrolizzatori alcalini sono attualmente i più comunemente utilizzati per consentire la conversione e l’immagazzinamento dell’energia per produrre idrogeno e hanno continuato a generare un flusso costante di invenzioni nell’ultimo decennio.

L’elettrolisi con membrana polimerica elettrolita (PEM) e le celle elettrolitiche a ossido solido (SOECs) sono altre due soluzioni promettenti, con un numero di IPF pubblicati superiore a quello dell’elettrolisi dell’acqua alcalina e un tasso di crescita medio composto rispettivamente del 12,5% e del 13,5% nel periodo 2011-2020.

Tecnologie per l’energia pulita e l’idrogeno: il ruolo delle startup

Se l’innovazione nelle tecnologie dell’idrogeno consolidate è dominata dall’industria chimica europea, i nuovi protagonisti dell’idrogeno sono le aziende dei settori automobilistico e chimico che si concentrano sulle tecnologie dell’elettrolisi e sulle celle a combustibile.

Dal 2001, ci sono stati più IPF per le applicazioni automobilistiche dell’idrogeno che per tutti gli altri usi emergenti dell’idrogeno messi insieme. L’attività brevettuale in questo settore continua a crescere, a un tasso medio annuo del 7% nell’ultimo decennio.

Se però si considera l’attività di ricerca e sviluppo più spinta e “di frontiera” riguardante le tecnologie per l’energia pulita e l’idrogeno verde, sono le startup i principali interpreti attraverso cui le innovazioni sull’idrogeno raggiungono il mercato.

L’attività brevettuale è alla base della raccolta fondi da parte delle startup che sviluppano attività nel settore dell’idrogeno, con oltre l’80% degli investimenti in fase successiva destinati a società che avevano già depositato una domanda di brevetto.

Questo indica l’importanza dell’attività dedicata ai brevetti per le giovani imprese in questo settore. Inoltre, quasi il 70% delle 391 startup che hanno attività legate all’idrogeno hanno presentato almeno una domanda di brevetto.

Oltre a generare innovazione, queste realtà innovative puntano decise a brevetti attenti alla sostenibilità ambientale. Infatti, le IPF delle startup dell’idrogeno si rivolgono principalmente a tecnologie motivate dal clima, come l’elettrolisi e le celle a combustibile.

Infine, IEA ed EPO ricordano l’attività di ricerca, sotto forma di brevetti, svolta da Università e da Istituti di ricerca pubblici. Essi hanno generato il 13,5% di tutti le IPF legate all’idrogeno nel periodo 2011-2020.

I primi dieci Istituti di ricerca hanno totalizzato il 3,3% di tutti le IPF relative all’idrogeno nel periodo 2011-2020, con una maggiore presenza nelle tecnologie emergenti motivate dal clima rispetto alle tecnologie consolidate.

Sono dominati da istituzioni coreane ed europee e mostrano una forte attenzione a metodi produttivi a basse o zero emissioni, come l’elettrolisi.