La nostra società è sempre più energivora e tale tendenza è in ulteriore crescita, non solo per l’incremento della popolazione mondiale, ma specialmente per il moltiplicarsi di strumenti e macchinari di cui non possiamo o non sappiamo fare a meno, i quali per funzionare hanno bisogno di energia. La questione energetica - cioè produrre più energia, a costi più bassi, senza inquinare - è una delle questioni centrali del XXI secolo. Nei mezzi di informazione e nei social l’idrogeno è spesso presentato come il combustibile ideale del futuro: ricavabile dall’acqua e che produce acqua come scarto. Purtroppo la realtà è diversa.
L’idrogeno è l’elemento più semplice e
leggero, costituito a livello atomico soltanto da un protone e da un elettrone
(a parte i più pesanti deuterio e tritio, suoi rarissimi isotopi). Sulla crosta
terrestre è diffusissimo, ma non da solo, bensì combinato con altri elementi;
ad esempio, lo troviamo nell’acqua, che è composta da due atomi di idrogeno ed
uno di ossigeno, o nel metano, formato da un atomo di carbonio e quattro di
idrogeno. L’alta combinabilità chimica dell’idrogeno lo rende praticamente
assente sulla Terra come molecola a sé stante, di conseguenza, esso non è una
fonte energetica, ma un vettore energetico, come l’elettricità, in quanto deve
essere prodotto.
Come si produce una molecola di idrogeno? La
quasi totalità dell’idrogeno molecolare è prodotta con un procedimento chimico dal
metano, combinato con vapore acqueo a temperature comprese tra 700 e 1.100 °C
(il calore necessario è prodotto bruciando una parte del metano). Alla fine del
procedimento, oltre all’idrogeno, si ottiene come scarto biossido di carbonio (anidride
carbonica), che è un gas inquinante, perché favorisce l’effetto serra ed il
riscaldamento climatico.
L’idrogeno viene prodotto anche con
l’elettrolisi dell’acqua: un procedimento meno usato perché più costoso del
precedente, che spezza la molecola dell’acqua con l’ausilio di una corrente
elettrica a basso voltaggio, ricavando idrogeno “pulito”, con una bassa perdita
di energia dovuta al consumo di elettricità (tra il 6 ed il 20 %). Dal punto di
vista ambientale, la produzione dell’idrogeno tramite elettrolisi dell’acqua è del
tutto ecocompatibile (se l’elettricità utilizzata è “verde”), deve però essere
migliorata dal lato dei costi di produzione e della capacità produttiva. Una
buona soluzione in sperimentazione è quella di collocare su navi o piattaforme offshore impianti elettrolitici dell’acqua
(prelevata dal mare), alimentati elettricamente da generatori eolici o solari.
L’idrogeno prodotto viene stoccato nelle navi-fabbrica stesse o, nel caso delle
piattaforme, in navi serbatoio, e scaricato nel porto di stoccaggio finale.
I limiti all’utilizzo dell’idrogeno come
combustibile non riguardano solo la produzione, ma anche la distribuzione. A
differenza di quanto sovente viene detto, l’idrogeno non può essere trasportato
dai metanodotti esistenti, in quanto è molto più leggero del metano. Una
soluzione di compromesso è quella di miscelarlo al metano nella percentuale del
10-15 %. Il potere calorico di questa miscela è inferiore a quello del solo
metano che, a parità di volume, ha un potere calorico che è il triplo di quello
dell’idrogeno. Date le difficoltà di trasporto, l’idrogeno è un combustibile da
produrre a bocca utente, oppure da contenere in bombole, per l’alimentazione
delle pile a combustibile (fuel cell).
Una pila a combustibile sfrutta un processo
inverso a quello dell’elettrolisi, che combinando l’idrogeno (combustibile)
all’ossigeno (comburente) genera una corrente elettrica e, come scarto, acqua.
Per innescare e mantenere la reazione occorre immettere dell’elettricità, per cui
l’efficienza energetica netta è tra il 40 ed il 60 %. Tutto bene, fatta
eccezione per la gestione delle bombole contenenti il combustibile, cioè
l’idrogeno. Alla pressione di una atmosfera (al livello del mare) l’idrogeno è
allo stato solido da – 273 °C (zero assoluto) a – 259 °C, allo stato liquido
fino a – 253 °C, dopo di che diventa un gas, altamente infiammabile ed
esplosivo (non a caso l’idrogeno liquido è usato come propellente per i
missili). Le bombole di stoccaggio dell’idrogeno liquido sono di due tipi: ad
alta pressione (fino a 700 atmosfere) o a bassa temperatura (– 253 °C). Alla rottura
di una bombola, ad esempio per un urto, seguirebbe uno scoppio devastante. Se le
bombole di idrogeno vengono montate su grandi veicoli, come treni o navi, è
possibile allocarle in alloggiamenti efficacemente protetti, cosa difficile da
garantire su autobus od autocarri, ed impossibile su veicoli di minori
dimensioni, quali le auto. Nel trasporto marittimo l’idrogeno potrebbe determinare
una vera e propria rivoluzione, dato che le navi potrebbero produrre
autonomamente l’idrogeno per le pile a combustibile di bordo.
Allo stato attuale delle tecnologie, un ulteriore
limite è costituito dall’uso del platino sia nelle celle idrolitiche che in
quelle a combustibile. Un uso modesto, per singola apparecchiatura, trascurabile
sul piano dei costi, ma che si scontrerebbe con una scarsità assoluta del
metallo, se le apparecchiature diventassero milioni.
Sulla scena energetica del XXI secolo l’idrogeno
giocherà un ruolo, ma non sarà l’unico attore e neanche l’attore protagonista.
Nessun commento:
Posta un commento