Idrogeno energia, il connubio che vede protagonista del Nuovo Secolo questo gas come alternativa sostenibile ai combustibili fossili. Quali sono le reali applicazioni e implicazioni che dovremo affrontare nella complessa lotta per la sostenibilità energetica su questo fronte?
IN BREVE
Abbiamo bisogno di energia. Praticamente qualsiasi azione compiamo ne necessita: scrivere questo articolo al PC, per esempio. Come già ben sappiamo, tutto questo dispendio energetico ha un costo, un prezzo da pagare, una moneta di scambio: le emissioni di CO2 nell’atmosfera. Inoltre, in un mondo globalizzato, ci spostiamo, frequentemente e per lunghissime distanze, così come le merci costantemente prodotte e scambiate. Un recente report dell’Istituto per le Risorse Mondiali (WRI), ha stimato che i trasporti su strada sono, da soli, responsabili di circa il 12% delle emissioni totali di anidride carbonica impattante sulla deriva climatica. Questo perché, tutt’ora, la percentuale di trasporto su strada, che si rifornisce principalmente a carburante di derivazione fossile (benzina, motori a iniezione diesel, metano) rimane elevatissima.
Per questo stiamo correndo una disperata e affannosa corsa per trovare risorse energetiche che siano il più possibile sostenibili, sia in termini di emissioni che di efficienza energetica. Ecco, vediamo che ruolo può giocare l’idrogeno nella partita a scacchi per l’energia.
Idrogeno
L’idrogeno è l’elemento più abbondante dell’universo. È presente nelle stelle, enormi sorgenti termonucleari in cui l’idrogeno si fonde per formare l’elio (He). È presente nei pianeti, nell’acqua, la quale evapora e il vapore si disperde nell’atmosfera che respiriamo, nelle rocce e nella biodiversità. Complessandosi col carbonio e altri elementi “non metalli” (e.g. fosforo, azoto, zolfo, etc.) dà vita alla grande maggioranza delle forme organiche e inorganiche che costituiscono il complicatissimo e interconnesso sistema terra.
Affinché sia utilizzato in qualità di combustibile questo elemento deve trovarsi in forma di idrogeno molecolare (H2 ). Una delle metodologie più efficienti e consolidate per la produzione di questo gas è l’elettrolisi. Questa tecnologia consiste nel far passare un flusso di corrente all’interno di un mezzo elettrolita acquoso conduttore per cui si riescono a dividere idrogeno e ossigeno. La reazione complessiva può essere riassunta e semplificata in questo modo:
2H2O → 2H2 + O2
È una tecnologia facilmente scalabile, potendola applicare da una dimensione domestica a quelle industriale. Il costo di questa tecnologia è estremamente variabile, a causa sia dimensioni dell’impianto che dal costo dell’elettricità locale.
Un aspetto fondamentale da tenere in considerazione quando parliamo dell’uso dell’idrogeno molecolare come fonte energetica è che questo è un combustibile, e come tutti gli altri combustibili di cui quotidianamente usufruiamo, deve essere a sua volta prodotto o estratto. Attualmente, produciamo già grandi quantità di idrogeno utile all’apparato industriale per la produzione dell’ammoniaca, del metanolo, semiconduttori, trattamenti superficiali di componenti meccaniche e trova impiego in tantissime altre applicazioni chimiche.
Idrogeno produzione
I modi per produrre idrogeno sono molteplici, ma prima di addentrarcisi bisogna prestare attenzione ad un concomitante aspetto: produrre idrogeno, combustibile da cui ottenere energia, costa ulteriore energia! Sembra un cane che cerca di mordersi la coda, vero? Il punto centrale è sempre l’economia in termini di impatto delle produzioni. Facciamo chiarezza. La produzione annuale del gas si stima raggiungere le 3 milioni di tonnellate, da diverse fonti etichettate con un codice colore:
- Idrogeno grigio: la grande maggioranza della produzione di H2 viene da fonti fossili, gas naturale liquido (idrocarburi come il metano) che viene processato ad altissime temperature per creare un syngas che viene poi trasformato in idrogeno. Attualmente è la fonte produttiva più economica.
- Idrogeno blu: l’H2 qui viene sempre da fonti fossili, tuttavia, al contrario della produzione “grigia”, la CO2 viene ulteriormente catturata e sequestrata, processo che aumenta i costi al netto di un minor impatto ambientale.
- Idrogeno verde: il gas viene prodotto per elettrolisi laddove la corrente è generata da fonti rinnovabili, solare, eolico, fotovoltaico, geotermico. La scalabilità di tale metodologia di produzione dipende indissolubilmente dai capitali investiti nelle rinnovabili.
- Idrogeno viola: la forma più sostenibile della produzione di H2, in cui l’elettrolisi è mediata da elettricità di provenienza nucleare.
- Idrogeno bianco: esistono depositi sotterranei di idrogeno che possono essere estratti dai giacimenti minerali. Questa metodologia è ancora in fase di sviluppo.
Sopracitate sono descritte solo le vie principali e maggiormente conosciute di produzione dell’idrogeno. Per completezza va detto che esistono fino a tredici modalità di produzione di H2, ognuna con una propria peculiarità, pro e contro.
Idrogeno liquido
Una volta prodotto, si possono rifornire di combustibile idrogeno auto, treni, bus e perfino razzi spaziali. Solitamente, il gas viene mantenuto in forma gassosa e pressurizzato in cisterne di contenimento. Questa sembra la via preferenziale al momento. Tuttavia, non è da escludere la possibilità di rifornirsi a mezzo liquido da stazioni di rifornimento mobili, montate su grandi autocarri. In prospettiva di rendere tale carburante il sostituto al fossile la ricerca sta compiendo passi da gigante e sono in sviluppo stazioni di produzione mobili. Impianti elettrolitici pilota sono montati sul carico di alcuni tir e la forza motrice del mezzo in movimento genera l’elettricità necessaria alla separazione delle componenti acquose, producendo idrogeno. Misure del genere possono venire adottate per facilitare il trasporto o il commercio di questo carburante. Nelle città la dispensa di H2 potrebbe usufruire della catena di trasporto già esistente per i gasdotti e per i derivati fossili, giungendo, infine, in apposite stazioni di servizio.
Idrogeno energia: futuri investimenti e prospettive
Ovviamente, immaginare un mondo alimentato ad idrogeno è complesso e azzardato, una prospettiva che non cela insidie. Un limite intrinseco di questo possibile carburante di nuova generazione è la dipendenza da altre forme di energia per essere prodotto. Considerando il solo processo elettrolitico, per produrre un litro di idrogeno (in volume di gas) sono necessari ben nove litri di acqua: un rapporto decisamente sproporzionato. Questo pone un evidente problema di risorse, che spesso diamo per scontate, come l’acqua. In paesi in cui la siccità grava pesantemente sulla scarsità delle risorse idriche, quali Pakistan, Turchia, Africa Sahariana e tante altre zone, queste tecnologie possono rappresentare una sfida piuttosto che un’opportunità.
Inoltre utilizzare idrogeno liquido come carburante in motori ‘a combustione interna’ emette ingenti quantità di N2O, un potente gas serra (leggi di più su effetto serra e i fattori che lo causano). Inoltre, pecca in efficienza rispetto alle celle a combustibile. Molte aziende, infatti, non sono incoraggiate ad aprire stazioni di approvvigionamento di idrogeno dato che non possono affidarsi ad un mercato affermato di riferimento. Futuri sviluppi e ricerca dovranno essere mirati a efficientare le varie forme “verdi” della produzione di H2 da fonti maggiormente sostenibili, avendo la possibilità di poter usufruire di grandi capitali messi a disposizione per tecnologie di nuove generazioni. In questo senso, progetti pioneristici stanno nascendo in paesi industriali in via di sviluppo quali India e Cina.
Fonte
- J.M. Ogdan., (2004). Hydrogen as an Energy Carrier: Outlook for 2010, 2030, and 2050.
Institute for Transportation Studies Davis California - Zainal, B. S., Ker, P. J., Mohamed, H., Ong, H. C., Fattah, I. M. R., Rahman, S. A., Mahlia, T. I. (2024). Recent advancement and assessment of green hydrogen production technologies.
Renewable and Sustainable Energy Reviews