Dieci anni fa la casa editrice Zanichelli divulgava, attraverso i libri di testo scolastici, una interessante notizia legata all’economia e all’idrogeno come energia:
“Secondo molti economisti, l’idrogeno è il combustibile che sostituirà la benzina nelle auto e nei veicoli a motore del futuro”
E noi, uomini giunti dal futuro, queste macchine ormai le conosciamo.
Sempre una decina d’anni fa, in un liceo di Rozzano (Milano), alcuni ragazzi si interrogavano sull’energia rinnovabile e le possibili soluzioni per un mondo capace di cambiare e migliorare.
Tanti altri, come loro, hanno cercato risposte e tutt’ora tentiamo di comprendere come poter contribuire alla transizione energetica in atto.
Da quanto tempo facciamo ipotesi sulla rivoluzione dell’energia sostenibile e immaginiamo circostanze in cui la controversia sull’idrogeno evolva a favore di tutti?
Idrogeno, dal greco hýdor e ghen, ovvero: generatore d’acqua. Questo elemento così abbondante nell’universo osservabile eppure così “sfuggente”.
L’idrogeno puro non è disponibile nel nostro pianeta.
Incolore, inodore, insapore e altamente infiammabile: all’idrogeno è dedicato uno dei racconti de “Il sistema periodico” di Primo Levi (e la Royal Institution ha scelto quest’opera come miglior libro di scienza mai scritto).
Non possiamo tralasciare, quindi, nel nostro viaggio tra passato e futuro, gli studi di Henry Cavendish che nel 1766 scoprì che l’idrogeno è più leggero dell’aria. Così,il fisico Jacques-Alexandre Charles costruì un “pallone” capace di sollevarsi grazie a questo gas.
Il lancio dell’aerostato “Charlière” avvenne nel 1783 da Champs de Mars e forse è proprio da quel momento che ci siamo affezionati all’idea che l’idrogeno avrebbe potuto sostituire quella che oggi definiamo “energia non rinnovabile”.
Nonostante l’appena nata Rivoluzione Industriale.
Idrogeno come energia rinnovabile: è possibile?
Il fatto che immaginiamo l’idrogeno come energia da utilizzare, deriva dalla nostra necessità di creare sempre nuove opportunità. Per noi, per i nostri figli, per i nipoti… e tutta la dinastia del genere umano a seguire.
Ma soprattutto leghiamo la parola idrogeno alla questione riguardante la crescente domanda globale di energia. Condizione strettamente annessa, a sua volta, al bisogno di evitare energia non rinnovabile, combustibili fossili e inquinamento.
L’idrogeno ci permetterebbe di non contribuire al riscaldamento globale e relativi cambiamenti climatici, causa di enormi danni al pianeta e agli esseri viventi….
In realtà, anche se si tratta di un’ottima chance sulla quale investiamo da tempo idee e progetti, per sfruttare l’idrogeno dobbiamo innanzitutto estrarlo.
Dall’acqua mediante elettrolisi, da combustibili fossili o biomasse, mettendo in atto vari processi termochimici.
Per questa ragione l’idrogeno è considerato un “vettore”, un “accumulatore” o, come lo chiamano in inglese, un “memorizzatore” di energie.
Sfruttando questo tipo di caratteristiche riconosciute potremmo rendere le fonti rinnovabili molto più stabili, questo sarebbe un grande passo avanti.
Attualmente, comunque, non possiamo considerarlo una fonte primaria ma neanche un semplice vettore. Visto che attraverso di esso recuperiamo energia che altrimenti andrebbe dispersa potremmo annoverarlo nella categoria dell’energia circolare.
Proprio come accade con le tecnologie utilizzate per l’energia rinnovabile, grazie all’idrogeno, possiamo recuperare risorse e “risparmiare” un certo tipo di impatto sull’ambiente.
Non abbiamo ancora adottato sistemi “evidentemente” sostenibili per la produzione, l’accumulo e la distribuzione dell’idrogeno, ma ci stiamo impegnando in tal senso.
Un esempio, dell’ottimo livello raggiunto, riguarda sicuramente la tecnologia di produzione di fuel-cells, celle a combustibile o pile a combustibile.
Un altro esempio interessante ce lo forniscono gli scienziati dell’Università del Texas presso l’Energy Institute.
Come si produce l’idrogeno, secondo l’Energy Institute
Ad Austin, si è formato (già da tempo) un team denominato “Fuels from Sunlight” che ha deciso di dimostrare come si può assorbire la luce del sole ed estrarre l’idrogeno “pulito” (H2) senza produrre CO2.
Il famigerato gas serra responsabile del riscaldamento globale.
A guidare il team c’è il professore di chimica Allen Bard e il professore di ingegneria chimica Charles Mullins, che si occupa del Centro di Elettrochimica dell’Università.
Si tratta di una collaborazione tra le diverse facoltà, ideata ad hoc per la ricerca su aspetti fondamentali e applicati in elettrochimica. Il centro ha già lavorato sulle fonti di energia elettrochimica (come le batterie e le celle a combustibile), sull’energia solare e nuovi materiali: sono esperti del settore.
Il team ha ragionato sul fatto che fin bambini ci insegnano quanto (e come) la fotosintesi sia alla base della vita sulla Terra. Si sono chiesti, quindi, se è possibile creare una fotosintesi “sintetica” e la risposta è stata positiva.
Nel momento in cui, con il tradizionale processo industriale per la produzione di idrogeno, utilizziamo gas naturale, produciamo una molecola di CO2 per ogni quattro molecole di H2.
Mentre, generare idrogeno attraverso la scissione “foto-elettro-catalitica” dell’acqua elimina l’elemento CO2 dal processo. Questo è davvero significativo se pensiamo alle grosse quantità di idrogeno che una tipica compagnia petrolifera può utilizzare per produrre carburante.
Generare H2 senza carbonio significherebbe ridurre le emissioni di CO2 delle raffinerie fino al 40%.
Poi, nel team, hanno messo ulteriormente alla prova il loro ingegno sviluppando rivestimenti per le pale delle turbine (utili per produrre elettricità), che resistano alle temperature di combustione dell’idrogeno.
Ciò significherebbe che potremmo sostituire l’idrogeno al carbone o al gas naturale, oggi ancora risorse convenzionali per generare elettricità.
La ricerca sull’idrogeno come energia
I fotomateriali hanno la funzione di catturare efficientemente la luce solare. Sono al centro dello sviluppo di qualsiasi sistema di conversione della irradiazione in altre forme di energia.
Perciò gran parte dello sforzo del team di Austin è dedicato a tali scoperte.
E nonostante i materiali ottimali possano sempre essere perfezionati, secondo i ricercatori, non esistono barriere insormontabili per tali scoperte.
Imparare dal lavoro passato resta la migliore opportunità per costruire il futuro. Non vi sembra?
Ancor più recente, invece, la notizia di una ricerca dell’Enea: l’obiettivo è di convertire direttamente il calore del sole in idrogeno. Dai laboratori dell’Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile hanno brevettato una tecnologia davvero promettente.
Il ricercatore Silvano Tosti afferma:
“Il sistema, una volta perfezionato, avrebbe vantaggio di produrre idrogeno in modo molto più efficiente”
Investire nell’idrogeno
Idrogeno: impiegato per immagazzinare energia, generare calore e, da non sottovalutare nel caso delle “macchine”, può fornire carburante!
Anzi, in realtà in molti lo considerano il carburante del futuro. L’elemento che ci aiuta a ridurre la dipendenza da combustibili fossili per passare (definitivamente) all’energia rinnovabile.
Sembrano paroloni…ma molti esperti affermano che presto potremmo ritrovarci ad usare celle a combustibile per “attivare” l’energia elettrica di cui necessitiamo, per tutti i tipi di oggetti e attività che fanno parte del quotidiano.
Da qualche anno le celle a combustibile hanno dimensioni più ridotte e sono più efficienti.
Inoltre, produrle è diventato un processo più economico, grazie alla diminuzione nell’uso di materiali costosi come il platino.
Le celle a combustibile più piccole possono essere supportare a vari livelli il lavoro dei camion pesanti (a lungo raggio) che trasportano merci. Sono già impiegate per le automobili, nei droni e per i treni.
L’idrogeno può essere usato per caricare i veicoli elettrici, un combustibile sostenibile che ricarica le batterie è rivoluzionario. Per questo i settori delle imprese dedicati all’innovazione di processi e prodotti, investono molto sulla possibilità di tecnologie di ricarica a idrogeno per i veicoli elettrici e ibridi.
L’idrogeno fungerà da fonte decarbonizzata per caricare le nostre automobili.
Le più grandi compagnie del mondo (Hyundai, Shell, Toyota…) credono nel potenziale dell’idrogeno e lo finanziano in modo massiccio.
Anche aziende più piccole e interessate investono nell’idrogeno come energia. Così, sono più di 80 quelle che hanno aderito all’iniziativa “Hydrogen Council” nata nel 2017, investendo circa 1,7 miliardi di dollari in idrogeno e celle a combustibile.
Le celle a combustibile
Una cella a combustibile, generalmente, è un dispositivo che utilizza un carburante (come l’idrogeno) e un ossidante per creare elettricità da un processo elettrochimico.
Sono come batterie e convertono l’energia chimica in energia elettrica.
Di base, le celle a combustibile hanno tutte la stessa configurazione. Sono costituite da un elettrolita e due elettrodi.
Poi, naturalmente, ci sono diversi tipi di celle a combustibile e la tipologia varia principalmente in rapporto al tipo di elettrolita presente.
Esistono anche molteplici possibilità di combinazione tra combustibili e ossidanti.
Il carburante impiegato può essere diesel o metanolo, mentre come ossidanti possiamo servirci dell’aria, del cloro o del biossido di cloro.
Oggi, la maggior parte delle celle a combustibile in uso, tuttavia, sfrutta l’idrogeno e l’ossigeno come sostanze chimiche da prediligere.
L’idrogeno prodotto attraverso l’elettrolisi dell’acqua può non essere rinnovabile se l’energia elettrica utilizzata viene prodotta per via tradizionale termica. Ma diviene un idrogeno rinnovabile, quando l’energia elettrica per produrlo proviene da fonte rinnovabile (eolico, fotovoltaico, idroelettrico).
Idrogeno vantaggi e ostacoli
Quali sono i principali ostacoli che impediscono all’idrogeno di diventare il protagonista del futuro? Principalmente:
- sicurezza
- infrastrutture
- costi
Le auto alimentate dall’idrogeno potranno affermarsi nel mercato globale, non solo perché saranno “sicure”, ma anche perchè saranno percepite come tali dalle persone.
L’idrogeno ha una temperatura di accensione relativamente bassa e si diffonde rapidamente. Grazie al fatto che è più leggero dell’aria, oltre ad essere controllato da valvole di emergenza, in caso di incendio non avvolge il veicolo nelle fiamme.
In pratica è addirittura più sicuro della benzina, quindi la sicurezza non dovrebbe essere una preoccupazione.
La tecnologia delle celle a idrogeno funziona molto bene ma le stazioni di rifornimento necessarie sono poche e distribuite solo in Asia, Europa e Nord America.
E’ forte la mancanza di infrastrutture che supportino il mercato dei veicoli a idrogeno.
Infine, produrre idrogeno, potrebbe essere meno costoso quando il suo potenziale verrà impiegato su larga scala.
Tuttavia, la grande transizione energetica è alle porte. E nonostante richieda molto tempo per diventare la norma, il sogno può diventare realtà.
La scommessa dell’idrogeno
Dall’immagazzinare energie rinnovabili come il solare e l’eolico all’alimentare veicoli, fabbriche e intere città, l’idrogeno ha il potenziale per scatenare una rivoluzione energetica.
L’Agenzia internazionale per l’energia (Iea) ha prodotto un report intitolato “The future of hydrogen: seizing today’s opportunities”
Secondo il documento, presentato al G20 Energia e Ambiente di Osaka, per l’idrogeno è arrivato il momento della svolta.
Il lavoro è stato prodotto su richiesta del governo giapponese come riferimento per l’analisi della situazione attuale riguardante l’idrogeno, una guida per il suo sviluppo.
L’agenzia ha rilevato che l’idrogeno pulito gode di uno slancio politico e commerciale senza precedenti. Grazie al numero di politiche e progetti in espansione nel mondo.
In sintesi, la conclusione è che: è arrivato il momento di scalare la vetta delle tecnologie e abbattere i costi per lasciare che l’idrogeno sia ampiamente utilizzato.
Vengono inoltre fornite raccomandazioni pragmatiche per i governi e l’industria al fine di trarre pieno vantaggio dal crescente slancio.
Idrogeno come energia: abbiamo bisogno di far convergere il lavoro di tutti
Michael Parfit, illustre sceneggiatore che spesso scrive per National Geographic, racconta un punto di vista diffuso ed interessante.
Secondo il signor Parfit ed altri esperti in materia:
“Molti contendenti per la corona energetica ora detenuta dai combustibili fossili sono già a portata di mano: eolico, solare, persino nucleare, per citarne alcuni. Ma il successore dovrà essere un congresso, non un re.”
Anche se alcuni sostengono che solo le cospirazioni o la mancanza di fondi si frappongono tra noi e l’energia infinita, la verità è che al momento non esiste un’unica fonte di energia che attende d’essere scoperta “nel cuore di un’equazione”
Praticamente ogni esperto di energia ha tentato qualcosa di inaspettato e alla fine ha spinto non solo a favore della propria tecnologia, ma ha contribuito agli studi di tutti gli altri.
Questa collaborazione globale è un lato positivo da non banalizzare.
“Avremo bisogno di tutto ciò che possiamo ottenere dalla biomassa, tutto ciò che possiamo ottenere dal solare, tutto ciò che possiamo ottenere dal vento”
Sottolinea Michael Pacheco, direttore del National Bioenergy Center, parte dei National Renewable Energy Laboratories (NREL) a Golden, Colorado.
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