L’IDROGENO: una illusione possibile

La Produzion di Idrogeno mediante reforming - la tecnica oggi prevalentemente usata - è costosa e produce anidride carbonica...

La Produzion di Idrogeno mediante "reforming" - la tecnica oggi prevalentemente usata - è costosa e produce anidride carbonica...

Pubblico un intervento dell’amico ingegnere Sabino Gallo a riguardo dell’Idrogeno, inteso come fonte energetica. Su questo blog se ne era già parlato a proposito del caso EOLO, la macchina ad aria compressa (post del 22 luglio 2008 – clicca qui) e marginalmente in merito alle energie rinnovabili (Petrolio con il contagocce: occorre SINERGIA e non sparate!clicca qui)

Le considerazioni di Sabino Gallo sono ad ampio spettro e assai accurate e penso potranno chiarire molti aspetti su questioni che spesso sono riportate in maniera approssimativa sui giornali e che si sentono in maniera ancora più confusa sulla bocca delle persone (e chissà perchè, più fanno parte di comitati che gridano più le imprecisioni assumono la consistenza della castoneria…)

Buona lettura!

L’IDROGENO

Una illusione possibile

Fin da quando, nel 1766, fu isolato dal chimico Henry Cavendish, l’idrogeno ha stimolato molte speranze di provvedere alle mutevoli e crescenti necessità energetiche dell’umanità.

Inizialmente usato come combustibile per illuminazione e, mescolato all’ossido di carbonio, come gas di città, esso è stato sostituito in seguito dai prodotti fossili(petrolio,gas,carbone), presenti in natura e di più facile e diretta utilizzabilità per la produzione di energia, ma inquinanti e destinati ad esaurirsi.

L’idrogeno, invece, è tanto abbondante sul nostro pianeta da poterlo definire inesauribile (nell’acqua, negli idrocarburi,in tutti gli organismi viventi.) e la sua combustione genera acqua e nessun gas dannoso. Ma non  è disponibile in natura allo stato puro e bisogna produrlo prima di utilizzarlo.      

Non è, quindi, una “fonte di energia primaria”, ma un “vettore energetico”, che  immagazzina energia e permette di trasportarla, per restituirla in modi diversi,quando e dove è necessario.

Opportunità certo suggestiva,ma che si accompagna a molti problemi tecnologici non ancora risolti in modo soddisfacente e condizionati anche da altri fattori non certo eludibili: economici, politici, ambientali, sociali e di regolamentazione.

Prevalentemente usato per numerosi ed importanti processi industriali(petrolchimica, metal- lurgia, farmaceutica, ecc.), che consumano la quasi totalità della quantità globale prodotta, esso non ha ancora un impiego rilevante come vettore energetico. Anche se non mancano applicazioni significative di questo tipo (per la propulsione spaziale, p.es.), che non richiedono tuttavia una grande produzione.

Inodore, incolore, non corrosivo, l’idrogeno è il più semplice di tutti gli elementi ed, a contatto con l’aria, si infiamma facilmente e può esplodere. La sua densità energetica è alta: un kg di idrogeno può liberare una quantità di energia pari a circa 3 volte quella di 1 kg di benzina. Ma,essendo anche il più leggero degli elementi, esso occupa  un volume molto maggiore degli altri gas; e questo costituisce un problema importante per il suo trasporto.

Le ricerche tecnologiche che esso stimola sono orientate soprattutto :

 – nei trasporti,per realizzare veicoli con motori elettrici, alimentati da “pile a combustibile a idrogeno”, senza emissioni dannose, ma solo con formazione residuale di acqua;

– nella generazione stazionaria di elettricità e calore,per soddisfare  necessità domestiche e/o collettive, nei luoghi isolati  e non raccordati alla rete elettrica.

Le caratteristiche fin qui riassunte esprimono anche i problemi che l’idrogeno pone per la sua produzione, il trasporto, lo stoccaggio e la sua utilizzazione.

 Esso può essere prodotto con procedimenti diversi ed impiego di varie fonti di energia : fossili, rinnovabili e nucleare.

Ma, per giustificare un suo uso diffuso nella società del futuro, i modi industriali di produrlo dovranno adattarsi,sia pure con gradualità, a quattro criteri-guida  fondamentali :

 a )- riduzione progressiva dell’uso dei prodotti fossili come materia prima (fino alla loro esclusione);

b ) – processi non richiedenti troppa energia ;

c ) – riduzione graduale di gas inquinanti di processo,fino alla eliminazione;

d ) – riduzione a valori accettabili dei costi di produzione.

Il processo di fabbricazione industriale di idrogeno più usato è il “reforming” del gas naturale, che assicura la maggior parte della produzione per gli attuali bisogni: sotto l’azione del vapore ad alta temperatura le molecole del gas si scindono e liberano l’idrogeno che contengono, però con formazione di anidride carbonica CO2, rigettata nell’atmosfera. 

E’ un modo di produzione,quindi, che consuma risorse energetiche fossili ed è inquinante. Ed anche se questo è il procedimento più conveniente di tutti, l’idrogeno  prodotto ha un costo circa triplo del gas naturale di partenza, giustificato solo dagli altri processi industriali, per i quali questo idrogeno è indispensabile.

La decomposizione dell’acqua,con procedimenti di elettrolisi o termochimici(a  temperature molto alte,tra 800 e 1000 °C), che scindono le sue molecole in ossigeno e idrogeno, permette di evitare la formazione di CO2.  Ma questi processi richiedono quantità ancora maggiori di energia che,se prodotta con combustibili fossili,farebbe aumentare ancora più il costo già alto dell’idrogeno ottenuto per “reforming” del metano,senza eliminare le emissioni dannose ad effetto serra.

Il ricorso alle fonti di energia“rinnovabili” (eolica e solare) ed a quella nucleare permette di evitare le emissioni dannose e preservare le risorse fossili,  ma apre nuovi e diversi scenari.

Le energie rinnovabili presentano l’inconveniente inevitabile di essere “diluite”, irregolari ed intermittenti e di avere costi alti. Tuttavia, una ipotizzabile sinergia fra la produzione di energia elettrica direttamente prodotta da fonte eolica (che sembra la più adatta) e quella di idrogeno, potrebbe migliorarne notevolmente l’efficienza : l’eccedenza di energia elettrica, eventualmente generata da questi impianti quando essa non è richiesta, potrebbe essere impiegata per produrre idrogeno da immagazzinare. E da utilizzare,in seguito, per produrre energia elettrica aggiuntiva quando la produzione diretta non riesce a soddisfare la domanda. Questa soluzione non sarebbe certo risolutiva per una futura produzione di massa e,prevedibilmente, i costi dell’idrogeno resterebbero comunque alti, ma la sua complementarità ad altri processi di produzione industriale potrebbe essere non solo utile, ma necessaria in molte situazioni.      

Finora, il nucleare civile è stato utilizzato solo per generare elettricità, che resterà, prevedibilmente, il suo scopo fondamentale. 

L’orientamento attuale, tuttavia, è quello di utilizzare direttamente le enormi quantità di calore ottenute da questa fonte, sia per assicurare una produzione di massa futura dell’idrogeno sia per alimentare altri processi produttivi di cui è egualmente prevedibile la necessità : dissalazione dell’acqua di mare, riscaldamento a distanza, recupero di idrocarburi da sabbie bituminose,ecc.

Utilizzare la fonte nucleare per generare solo calore da destinare a singole produzioni industriali,con impiego di reattori  diversi e di modesta potenza termica, sarebbe ingiustificabile economicamente e farebbe nascere rilevanti problemi di gestione. E’ questa la ragione che indirizza gli attuali programmi di ricerca alla realizzazione di reattori modulari di potenza di circa 300 MWe ad alto rendimento,adatti a produrre, in “cogenerazione” ed a costi bassi,sia elettricità che calore da utilizzare per gli altri processi industriali.  

Fra i progetti di quarta generazione,il reattore più promettente di questo tipo, per produrre elettricità(con impiego di turbine a gas) e grandi quantità di idrogeno, è quello ad alta temperatura HTR, raffreddato con un gas(elio) che può raggiungere i 1000 °C.

In ogni caso, ai problemi di una produzione economica dell’idrogeno bisogna associare le difficoltà non certo minori di mettere a punto delle tecnologie affidabili in termini di sicurezza, ed assicurare la sua disponibilità dovunque.

Il suo trasporto a distanza con gasdotti è già praticato,ma su reti di distribuzione poco estese, con un costo più alto di quello del gas naturale (circa 50% ),tenendo conto che una  unità di volume di idrogeno trasporta tre volte meno energia di una unità di volume di gas naturale.

Per il suo uso a bordo degli autoveicoli, è necessario realizzare dei contenitori compatti e molto resistenti, poco pesanti e di dimensioni contenute, sicuri e poco costosi. Ed essendo piuttosto improbabile la soluzione dell’idrogeno allo stato liquido (a temperatura di – 253 °C), la più promettente è quella di comprimerlo allo stato gassoso, a pressioni molto alte(fino a 700 bars). Inoltre, una rete di distribuzione,con stazioni di servizio sparse su tutto il territorio, richiede tempi lunghi di realizzazione non facilmente programmabili.

Tutte queste specifiche, spesso in contrasto fra di loro, richiedono soluzioni tecnologiche innovative e nuovi materiali.

Le considerazioni fin qui riassunte fanno ritenere che le potenzialità dell’idrogeno sono certo incoraggianti, ma che la ricerca di soluzioni definitive ai numerosi e complessi problemi evocati richiede tempi ancora molto lunghi. Sostenuta, tuttavia, da programmi di studi

internazionali di grande rilevanza, fondati sulla fiducia di un possibile sviluppo di una economia dell’idrogeno.

La ricerca è molto attiva e diversificata anche in Italia. Ma il nostro Paese manca ancora di una opzione.

 

Sabino Gallo

(Articolo Pubblicato da “IL SECOLO XIX” il 20 Agosto 2009 con il titolo “E’ ancora lunga e costosa la strada dell’Idrogeno”)

 

Un commento su “L’IDROGENO: una illusione possibile

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