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Il Secolo dell'Idrogeno

Luogo: ENEA
Data: 23/01/2007
Canale: Fonti Rinnovabili e H2
Autori: ENEA

Un viaggio alla scoperta dell’elemento più leggero in natura: l’idrogeno. Se il diciannovesimo secolo è stato il secolo del carbone e il ventesimo quello del petrolio, il XXI apre le porte ad un futuro sostenibile: un futuro ad idrogeno.

Non ho mai visto niente di simile
Ma è tutto di ferro, naviga ?
Velocità massima in immersione 50 nodi
E’ incredibile !
Ma che razza di macchine ha?
E quale energia riesce ad imprimere loro tanta forza.
L’energia del futuro Smith, che solo io conosco.

 

"L'acqua sarà un giorno un combustibile. L'idrogeno e l'ossigeno di cui è costituita, utilizzati isolatamente, offriranno una sorgente di calore e di luce inesauribile"

Jules Verne, 1874 da "L'isola misteriosa".

Quella che un tempo era una visione fantastica è oggi condivisa da molti settori della scienza, delle autorità pubbliche e dell’industria che lavorano per la nascita di una nuova società basata su un’economia ad idrogeno.

L’idrogeno e le celle a combustibile costituiscono soluzioni promettenti per produrre l’energia per un futuro rispettoso dell’ambiente e compatibile con lo sviluppo della società.
Se dunque il diciannovesimo secolo è stato il secolo del carbone e il ventesimo quello del petrolio, il ventunesimo secolo sarà il secolo dell’idrogeno.

Per soddisfare una domanda di energia in continua crescita, l’uomo continua ad utilizzare i combustibili fossili.
Questi, bruciando non producono solamente energia ma anche gas che danneggiano l’ambiente.
Le scorte di petrolio, gas e carbone sono destinate ad esaurirsi e le crisi internazionali influenzano la stabilità dei prezzi e delle forniture.

L'idrogeno è l'elemento più leggero in natura. Come gas è presente sulla Terra in quantità estremamente piccole, ma combinato con altri elementi è diffusissimo. Basti pensare all’acqua, agli idrocarburi e agli organismi vegetali e animali che ne contengono grandi quantità nelle loro strutture molecolari.

L’idrogeno che attualmente viene utilizzato nell’industria chimica e in quella alimentare è prodotto a partire dagli idrocarburi e dal carbone. In questo modo viene prodotta anche anidride carbonica, che è il gas maggiormente responsabile dell’aumento dell’effetto serra.
Ma l’idrogeno può essere prodotto anche a partire dall’acqua, attraverso l’elettròlisi, cioè la scissione dell’acqua nei suoi componenti idrogeno e ossigeno.

Per far avvenire questa reazione c’è bisogno di energia elettrica che, se derivata da fonti rinnovabili, consentirà, la produzione di idrogeno senza emissioni inquinanti.

La scissione dell’acqua può essere effettuata anche ad alta temperatura, dai 700 ai 900 gradi centigradi. E l’ENEA, Ente per le Nuove tecnologie, l’Energia e l’Ambiente, sta mettendo a punto processi termochimici di produzione dell’idrogeno che prevedono l'uso di zolfo e iodio o ossidi metallici, in cui l’alta temperatura è ottenuta concentrando la radiazione solare.

Anche con le biomasse è possibile produrre idrogeno. Nel Centro Ricerche della Trisaia, l’ENEA ha in sperimentazione un impianto di gassificazione, cioè di conversione, in assenza di ossigeno, di biomasse in un gas ad alto tenore di idrogeno per l’alimentazione di celle a combustibile.

L’idrogeno può essere accumulato e trasportato sia in forma gassosa che liquida.
In forma liquida viene conservato ad una temperatura di –253 gradi centigradi in serbatoi criogenici a doppia parete, di forma sferica o cilindrica. Questi serbatoi possono essere trasportati su autocarri.

Altri sistemi di accumulo sono in fase di sperimentazione. Il sistema ad idruri metallici sfrutta la capacità che hanno alcuni metalli di intrappolare idrogeno nel loro reticolo cristallino e di liberarlo poi al variare di temperatura e pressione.

Una delle più promettenti applicazioni dell’idrogeno come vettore energetico pulito è il suo impiego nelle celle a combustibile.

Una cella a combustibile è un dispositivo elettrochimico che converte direttamente l’energia di un combustibile in elettricità e calore, senza passare attraverso la combustione.
Essa funziona in modo analogo ad una batteria: è composta da due elettrodi separati da un elettrolita. Le reazioni che avvengono agli elettrodi consumano idrogeno e ossigeno e attivano un passaggio di corrente elettrica nel circuito esterno.

L’elettrolita, che ha la funzione di condurre gli ioni prodotti da una reazione e consumati dall’altra, chiude il circuito elettrico all’interno della cella.
La trasformazione elettrochimica è accompagnata da produzione di calore. E l’unico prodotto della reazione è il vapore d’acqua, quindi non si ha nessuna emissione di gas inquinanti.

Le celle sono disposte in serie a mezzo di piatti bipolari a formare il cosiddetto “stack”. Gli stack a loro volta sono assemblati in moduli per ottenere generatori della potenza richiesta.

Esistono diversi tipi di celle che differiscono sia per il tipo di elettrolita utilizzato, che per la temperatura di esercizio: le celle alcaline, ad elettrolita polimerico, ad acido fosforico, a carbonati fusi e ad ossidi solidi.

Le celle di tipo polimerico sono le più adatte per l’installazione su veicoli a trazione elettrica. Anche se il costo rimane ancora superiore a quello dei motori tradizionali, è facile prevedere una drastica riduzione con la produzione in serie.

Tutte le principali case automobilistiche stanno realizzando prototipi ed hanno fissato al 2010 l’uscita sul mercato delle prime automobili ad idrogeno rifornite da una prima rete di distribuzione.

A Torino, presso l'Environment Park, centro di ricerca all'avanguardia in Europa, sono in sperimentazione celle stazionarie costruite dall'industria italiana, in grado di produrre energia e calore per utenze domestiche, come un condominio.

Intervista Prof. Vellone

Quindi è probabile che delle nicchie di mercato si affermino prima dell’automobile, che sono quelle della produzione di energia elettrica e calore, applicando alle case, ai condomini,ai supermercati, agli ospedali, cioè avere quella che comunemente si dice la generazione e cogenerazione distribuita.
Fra l’altro ha una grande opportunità, che riduce i rischi di black out e migliora l’efficienza del sistema di distribuzione energetica.

Anche l’ENEA, fin dai primi anni ’90, conduce ricerche e studi nel settore delle celle a combustibile, in collaborazione con partners industriali, università ed altri enti di ricerca.

Presso i suoi laboratori si sperimentano prototipi per migliorare la tecnologia e l’ingegneria dello stack al fine di ridurre i costi e migliorare le prestazioni.

A Milano nel quartiere della Bicocca è previsto un sistema integrato di produzione, distribuzione e impiego dell’idrogeno all’interno di un area urbana.
A Torino è in sperimentazione un autobus alimentato ad idrogeno, realizzato da IVECO/IRISBUS. Il veicolo è dotato di celle a combustibile alimentate da idrogeno immagazzinato in bombole collocate sul tetto.

L’ENEA è impegnato anche in campo internazionale in diversi progetti finanziati dalla Comunità Europea. Significativa è la realizzazione di una centrale elettrica da 500 chilowatt in costruzione a Guadalix a pochi chilometri da Madrid in Spagna, che prevede l'impiego di celle a combustibile a carbonati fusi, costruite interamente in Italia.

In tutto il mondo, risorse sempre più ingenti vengono destinate alla ricerca per migliorare le tecnologie e rendere l’idrogeno competitivo con i combustibili fossili.
Nel giugno 2003, a Bruxelles, l’Unione Europea ha presentato la sua road map per un’economia basata sull’idrogeno.

• entro il 2010 troveremo sul mercato le prime automobili ad idrogeno e alcune applicazioni di microgenerazione.
• Nel 2020 vi sarà una larga diffusione delle stazioni di rifornimento per autoveicoli e inizierà la produzione di idrogeno con le biomasse.
• Nel 2030 una parte consistente dell’idrogeno sarà prodotto a partire dalle fonti rinnovabili.
• Nel 2040 le celle a combustibile diventeranno una tecnologia di largo impiego per il trasporto, la generazione di potenza e si diffonderanno gli impianti di micro co-generazione per usi residenziali.
• Per l’Europa l’anno 2050 segnerà il passaggio ad una economia basata sull’idrogeno.
Il viaggio è iniziato.
La strada non è breve, ma è già tracciata.
Il XXI secolo apre le porte ad un futuro finalmente sostenibile: un futuro ad idrogeno.

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