Elettrolisi per l’idrogeno verde: la ricerca e i brevetti sono in crescita, ma l’avvio del mercato rimane impegnativo

Attualmente, gran parte dell’idrogeno viene prodotto utilizzando fonti energetiche fossili. Nel 2022 l’elettrolisi dell’acqua ha svolto un ruolo ancora molto limitato, con una quota pari solo allo 0,1% circa della produzione mondiale. La situazione potrebbe cambiare con l’espansione delle energie rinnovabili. L’idrogeno verde così prodotto può essere immagazzinato, impiegato in diversi settori economici e può quindi contribuire alla trasformazione ecocompatibile dell’industria e del sistema energetico.

Nel progetto «H2 Companion», il Fraunhofer ISI fornisce supporto scientifico alle due regioni modello per l’idrogeno verde nel Baden-Württemberg: «H2-Wandel» e «H2 GeNeSiS». Per la nuova analisi sono state combinate diverse fonti di dati: progetti di ricerca finanziati con fondi pubblici in Germania e in Europa, pubblicazioni scientifiche, brevetti transnazionali, studi di mercato internazionali e progetti di elettrolisi realizzati da aziende municipalizzate e fornitori regionali di energia. Ne risulta un quadro completo dello sviluppo tecnologico, delle attività di ricerca, delle tendenze di mercato e dei principali attori.

La ricerca sulle tecnologie di elettrolisi è in forte crescita

L’analisi distingue tre processi principali: l’elettrolisi alcalina o a membrana a scambio anionico (AEL/AEM), l’elettrolisi a membrana a scambio protonico (PEM) e l’elettrolisi ad alta temperatura (HT). L’elettrolisi alcalina è quella più affermata a livello industriale, l’elettrolisi PEM è in grado di reagire con particolare rapidità alle fluttuazioni nella produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili, mentre l’elettrolisi ad alta temperatura promette un’elevata efficienza, ma pone requisiti elevati in termini di materiali e durata. A queste si aggiungono varianti più recenti come la PEM ad alta temperatura o la co-elettrolisi.

Un’analisi delle pubblicazioni condotta nell’ambito del progetto dimostra quanto la ricerca in questo settore abbia acquisito importanza. Tra il 1827 e il 2025 sono state individuate circa 106.000 pubblicazioni scientifiche sull’elettrolisi. Dal 2020 il loro numero sta crescendo in modo nettamente più rapido in tutti e tre i settori tecnologici. Nel confronto mondiale, la Germania si colloca al terzo posto e guida la classifica europea. In testa si trovano la Cina e gli Stati Uniti.

La Germania e l’Europa promuovono un ampio portafoglio tecnologico

Anche i finanziamenti pubblici alla ricerca sono aumentati notevolmente negli ultimi anni. Fino a luglio 2026, nella banca dati dei finanziamenti EnArgus sono stati registrati 156 grandi progetti collaborativi e 92 progetti individuali con un chiaro riferimento all’elettrolisi. Dal 2020 il volume dei finanziamenti è aumentato notevolmente e, per i progetti in esame, ammonta complessivamente a oltre 3,6 miliardi di euro. L’attenzione si concentra soprattutto sulle tecnologie PEM e AEL, già più vicine al mercato.

A livello europeo, fino ad aprile 2026 sono stati identificati complessivamente 216 consorzi di progetto finanziati dall’UE per la produzione di idrogeno tramite elettrolisi. L’Unione Europea ha stanziato a tal fine circa 800 milioni di euro. Con circa 132 e 128 milioni di euro rispettivamente, Germania e Francia hanno ricevuto gli importi di finanziamento più elevati. Vengono sostenuti sia l’ulteriore sviluppo e la scalabilità di processi pronti per il mercato, sia nuovi approcci tecnologici.

Aumenta la dinamica internazionale dei brevetti

Un’analisi dei brevetti evidenzia inoltre che lo sviluppo tecnologico sta acquistando slancio. Sono state registrate circa 4.900 domande di brevetto transnazionali relative all’elettrolisi. Nell’ultimo decennio si è registrato un aumento costante, con un’ulteriore significativa accelerazione a partire dal 2020. Lo sviluppo è particolarmente marcato nella tecnologia PEM: il numero delle relative domande è passato da circa 35 nel 2017 a 136 nel 2021 e da allora si attesta a oltre 100 all’anno. Nel 2023 l’AEM/AEL ha raggiunto il valore più alto tra le tre categorie con 133 domande, mentre l’elettrolisi ad alta temperatura ha totalizzato 96 brevetti.

Per quanto riguarda la provenienza dei brevetti, gli Stati Uniti e il Giappone sono in testa nel confronto internazionale. La Germania occupa il terzo posto in tutte e tre le categorie tecnologiche. La Cina sta recuperando terreno in modo significativo e ha già raggiunto il quarto posto negli anni 2022 e 2023. Accanto ai gruppi industriali ed energetici consolidati, si affacciano sempre più spesso giovani aziende specializzate con portafogli di brevetti mirati.

Sven Altvater, ricercatore presso il Fraunhofer ISI, spiega a questo proposito: «Gli ingenti finanziamenti pubblici e il terzo posto nelle domande di brevetto dimostrano che la Germania dispone di una solida base di ricerca e innovazione nel campo delle tecnologie di elettrolisi. Ciò contribuisce in modo evidente a rafforzare le competenze tecnologiche in tutti e tre i processi esaminati. Alla luce della crescente concorrenza internazionale – in particolare da parte della Cina – la Germania non dovrebbe però adagiarsi su questa buona posizione di partenza: è fondamentale tradurre in modo coerente le attività di ricerca e sviluppo finanziate in tecnologie commerciabili, applicazioni industriali e imprese competitive.»

Le previsioni di mercato rimangono caratterizzate da grandi incertezze

Un’analisi di 55 studi di mercato relativi al periodo dal 2019 al 2026 fornisce indicazioni sull’andamento futuro del mercato. I tassi di crescita annuali del mercato globale degli elettrolizzatori ivi previsti variano dal 5,6 al 97,7 per cento; la mediana si attesta al 25,7%. Per il 2030, gli studi prevedono un fatturato annuo globale compreso tra 651 milioni e 226 miliardi di dollari USA. La mediana è pari a 14 miliardi di dollari USA.

L’ampio intervallo di questi dati evidenzia sia le differenze tra gli studi analizzati sia le notevoli incertezze in un mercato ancora in fase di sviluppo. La rapidità della sua crescita dipende soprattutto dall’espansione delle energie rinnovabili, dagli incentivi e dalla regolamentazione, dagli investimenti e dal decollo dell’economia globale dell’idrogeno.

Le aziende municipalizzate ampliano il proprio impegno

Le aziende municipalizzate e i fornitori regionali di energia possono svolgere un ruolo importante nell’attuazione dell’economia dell’idrogeno a livello locale. All’inizio del 2023, solo circa il quattro per cento delle aziende municipalizzate era coinvolto in progetti concreti relativi all’idrogeno. Alla fine del 2025 erano già stati registrati 64 progetti di elettrolisi che coinvolgevano 57 aziende municipalizzate e 17 fornitori regionali di energia. Insieme, prevedono una potenza di elettrolisi di circa 3,2 gigawatt. Molti dei progetti, tuttavia, si trovano ancora in fasi iniziali; il 15% è stato interrotto prematuramente.

Il dott. Henning Döscher, che coordina le attività di ricerca presso il Fraunhofer ISI nell’ambito del progetto «H2 Companion», commenta così i nuovi risultati: «A livello mondiale, l’elettrolisi ha acquisito un notevole slancio in termini di ricerca e innovazione. La Germania e l’Europa dispongono di una solida base di ricerca, di ampi finanziamenti e di numerosi attori industriali. La transizione verso un mercato di massa economicamente sostenibile, tuttavia, non è ancora completata. A tal fine sono necessari un quadro normativo affidabile, finanziamenti prevedibili e acquirenti concreti per l’idrogeno verde.»