Emissioni di idrogeno: confronto tra modelli e futuro impatto sul riscaldamento globale

Global Warming has become a central issue in past decades: it not only influences the ecosystem, but also the economy and people's lives. Various Nations have worked to find and propose different solutions to replace the use of fossil and polluting sources with low, very low or zero-emission renewable sources. One of these solutions is the use of hydrogen. The characteristics of hydrogen make it suitable for use in various sectors, from energy to transport, from public to private. For this reason, it is seen as a valid solution as an energy carrier for the energy transition. What we still don't have certain information about is what possible impact the global hydrogen economy could have on the greenhouse effect. In literature, several studies have highlighted that emissions of significant quantities of hydrogen into the atmosphere can modify the distributions of OH radicals, methane and ozone; for this reason, hydrogen has been defined as an indirect greenhouse gas. The impact of a greenhouse gas (direct or indirect) is evaluated with an index called Global Warming Potential (GWP). Several studies have introduced models to simulate hydrogen emissions and analyse their effects in the atmosphere to define its GWP index. This thesis aimed to compare three models present in the literature (STOCHEM, STOCHEM-CRI and TROPOS) and evaluate their approach to emissions modelling and GWP calculation, in terms of hypotheses and assumptions. Finally, a meta-analysis is proposed which leads to a decrease in the range of GWP values found by the three models (from 3,3–5,8 to 7,15–7,7) following a sensitivity analysis.

Il Riscaldamento Globale è diventato un tema centrale negli ultimi decenni: non solo influenza l’ecosistema, ma anche l’economia e la vita delle persone. Diversi Paesi si sono adoperati per trovare e proporre soluzioni diverse per arrivare a sostituire l’utilizzo di fonti fossili ed inquinanti con fonti rinnovabili a basse, bassissime o a zero-emissioni. Una di queste soluzioni è l’utilizzo dell’idrogeno. Le caratteristiche dell’idrogeno lo rendono adatto all’impiego in diversi settori, dall’energetico al trasporto, dal pubblico al privato. Per questo motivo è visto come una valida soluzione come vettore energetico per la transizione energetica. Ciò di cui ancora non si hanno informazioni certe è quale possibile impatto l’economia dell’idrogeno globale possa avere sull’effetto serra. In letteratura diversi studi hanno evidenziato che emissioni di significative quantità di idrogeno in atmosfera possono modificare le distribuzioni dei radicali OH, di metano e ozono; per questo motivo l’idrogeno è stato definito gas serra indiretto. L’impatto di un gas serra (diretto o indiretto) è valutato con un indice chiamato Global Warming Potential (GWP). Diversi studi hanno introdotto modelli per simulare le emissioni di idrogeno e analizzarne gli effetti in atmosfera per definire il suo indice GWP. Questa Tesi si è posta l’obiettivo di confrontare tre modelli presenti in letteratura (STOCHEM, STOCHEM-CRI e TROPOS) e valutarne l’approccio alla modellazione delle emissioni e al calcolo del GWP, in termini di ipotesi e assunzioni. Infine, si ripropone una meta-analisi che porta alla diminuzione del range di valori di GWP trovati dai tre modelli (da 3,3 – 5,8 a 7,15 – 7,7) a seguito di un’analisi di sensibilità.