The role of hydrogen in the italian energy transition: scenario analyses up to 2050 as a support to the governance

As a response to the need for solutions to achieve long-term decarbonization goals, this thesis explores the potential integration of green hydrogen – produced by water electrolysis supplied by renewable energy – within the future Italian energy system. Three distinct scenarios are conceived to assess advantages, disadvantages and challenges associated with the exploitation of hydrogen in Italy, from the short- to the long-term, utilizing the TIMES optimization model. The first scenario represents a policy-based framework, working on current targets on hydrogen penetration in the Italian energy system from 2030 to 2050. The second scenario models a situation in which Italy totally relies on green hydrogen imports from Tunisia, Algeria and Spain, recognized as renewable-rich countries. The third scenario follows instead a self-sufficiency approach in which green hydrogen is exclusively produced domestically. A comparative analysis of the scenarios outcomes highlights the necessity for a concrete support to boost the development of a hydrogen market and achieve short-term targets. Overall, the three scenarios show different levels of hydrogen growth within the Italian energy system. According to the results of the scenario accounting only for hydrogen import, this trade yields different advantages and could serve as a viable strategy to enhance the penetration of hydrogen in Italy. Results of the third scenario shed instead light on the limitations derived from a local hydrogen production. Nevertheless, by 2050 hydrogen emerges as the third most utilized energy source in final consumptions, after electricity and biofuels, in all scenarios. Transport sector accounts for the highest hydrogen consumption. However, model solutions indicate that more ambitious targets could be established for the industrial sector with respect to the projections assumed in the policy scenario. This analysis in any case confirms the crucial role of green hydrogen in the transition, especially to achieve the ambitious climate-neutrality target by 2050.

In risposta alla necessità di individuare soluzioni per il raggiungimento degli obiettivi di decarbonizzazione, questa tesi analizza le possibilità di integrare l’idrogeno verde – prodotto tramite elettrolisi alimentata da fonti rinnovabili – nel futuro sistema energetico italiano. Attraverso l’uso del modello di ottimizzazione TIMES, sono stati sviluppati tre scenari per valutare vantaggi, criticità e sfide associati all’impiego dell’idrogeno nel breve e nel lungo periodo. Il primo è uno scenario di policy, che riflette gli attuali obiettivi sulla penetrazione dell’idrogeno nel sistema energetico italiano dal 2030 al 2050. Il secondo scenario rappresenta invece un contesto in cui l’Italia dipende completamente dall’importazione di idrogeno verde da Tunisia, Algeria e Spagna, Paesi con un alto potenziale di risorse rinnovabili. Il terzo scenario invece adotta un approccio di autosufficienza, in cui l’idrogeno è prodotto interamente a livello nazionale. Un’analisi comparativa dei risultati dei tre scenari evidenzia la necessità di un sostegno concreto per incentivare la crescita di un mercato dell’idrogeno e conseguire gli obiettivi a breve termine. Complessivamente, i tre scenari mostrano livelli differenti di penetrazione dell’idrogeno nel sistema energetico. Come dimostrato dal secondo scenario, importare idrogeno offre diversi vantaggi e potrebbe costituire una strategia efficace per incrementare lo sviluppo dell’idrogeno in Italia. I risultati del terzo scenario invece evidenziano i limiti associati alla produzione locale di idrogeno. Ciononostante, entro il 2050 l’idrogeno diventa la terza fonte energetica più utilizzata nei consumi finali, dopo elettricità e biocarburanti, in tutti gli scenari. Il settore dei trasporti risulta essere il maggior consumatore di idrogeno. Le soluzioni del modello indicano inoltre che per il settore industriale potrebbero essere fissati degli obiettivi più ambiziosi rispetto alle previsioni assunte nello scenario di policy. Questa analisi in ogni caso conferma il ruolo cruciale dell’idrogeno verde nel contesto di transizione, specialmente per traguardare l’ambizioso obiettivo di neutralità climatica al 2050.