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Idrogeno In elemento antico per una nuova era? 

L’idrogeno è l’elemento più diffuso, più antico e più piccolo dell’universo. Costituisce il 93 % di tutti gli atomi e il 75 % della materia del nostro sistema solare. Come può questo piccolo elemento contribuire a risolvere i grandi problemi energetici della nostra epoca? E perché non abbiamo ancora iniziato a usarlo?

L’idrogeno viene utilizzato dall’industria chimica già da cento anni. È 14 volte più leggero dell’aria, non è tossico, corrosivo e neppure radioattivo, non brucia per autoignizione, brucia con fiamma incolore senza residui e al giorno d’oggi è sempre più richiesto come fonte di energia.Tuttavia anche se l’idrogeno è l’elemento più abbondante dell’universo, sul nostro pianeta si trova solo in forma legata e deve essere estratto da altri composti ricchi di idrogeno (come il gas naturale, l’acqua oppure la biomassa) usando energia. Ci sono diversi modi per farlo.

Nel processo di elettrolisi l'acqua viene scissa nei suoi componenti, idrogeno e ossigeno, mediante l’elettricità. L’energia elettrica utilizzata viene convertita in energia chimica da cui poi si ricava l’idrogeno. Poiché questo processo è a CO2 neutro, si parla di idrogeno verde.

Il processo di reforming con vapore è un processo industriale utilizzato per produrre idrogeno partendo dal gas naturale. Si ottengono idrogeno e anidride carbonica e si parla di idrogeno grigio. Se la CO2 risultante viene catturata e stoccata (Carbon Capture and Storage, CCS) oppure utilizzata (Carbon Capture and Utilization, CCU), si parla di idrogeno blu.

La pirolisi del metano è un processo per la produzione di idrogeno dal gas naturale utilizzando il calore. Si formano idrogeno e carbonio solido. Per essere prodotto senza emissioni di CO2, l’energia utilizzata deve provenire da fonti rinnovabili e il carbonio deve restare legato per molto tempo. In questo caso si parla di idrogeno turchese

La cella a combustibile

Per poter utilizzare l’idrogeno, è necessaria una cella a combustibile. In essa si svolge un processo di elettrolisi inversa, durante la quale l’idrogeno reagisce con l’ossigeno nella cosiddetta «combustione a freddo». Vengono generati elettricità e calore, quindi la cella a combustibile si basa sul principio della cogenerazione di forza calore. L’unico sottoprodotto che si ottiene è acqua. L’elettricità risultante viene trasformata con un inverter da corrente continua a corrente alternata e può così essere utilizzata dal consumatore. Attraverso uno scambiatore di calore, il calore viene trasferito a un accumulatore per l’acqua di riscaldamento. In questo modo può essere utilizzato per riscaldare l'acqua potabile o per il riscaldamento. Grazie alla produzione in parallelo di elettricità e di calore, le celle a combustibile hanno un’efficienza molto elevata.

Vantaggi

Poiché l’idrogeno viene usato nell’industria chimica da molto tempo, è molto sicuro da maneggiare. Il trasporto e lo stoccaggio non pongono grandi problemi.

Con l’idrogeno è possibile colmare lo squilibrio tra l’offerta e la domanda che si verifica quando l'elettricità viene prodotta da sistemi fotovoltaici o pale eoliche. Se viene prodotta più elettricità di quella necessaria, può essere utilizzata per produrre idrogeno verde. Questo può poi essere immagazzinato oppure trasportato in un altro luogo.

L’idrogeno è un vettore energetico versatile e può aiutare a ridurre le emissioni. Sostituisce i combustibili fossili nei veicoli a celle a combustibile e può anche essere utilizzato come combustibile per il riscaldamento domestico. Ci sono poi anche applicazioni industriali, come la produzione del cosiddetto «acciaio verde» rispettoso del clima.

Svantaggi

Suona tutto talmente bene che ci si potrebbe chiedere perché non stiamo utilizzando l’idrogeno su larga scala già da tempo. Dov’è il problema?

Il principale svantaggio è che l’idrogeno deve essere prima prodotto a un costo energetico elevato. Il processo di elettrolisi, in particolare, è ancora estremamente dispendioso in termini di energia. Lo stesso vale per il raffreddamento dell’idrogeno, che diventa liquido solo a -253 °C.

Un altro problema è rappresentato dall’attuale generazione di celle a combustibile: per il loro strato catalizzatore è necessario il platino. Sono in corso ricerche per sostituire questo elemento costoso con alternative più convenienti.

Una buona opzione

Come si è visto, l’idrogeno può essere un vettore energetico molto elegante, ma non è privo di insidie. Se riusciremo a superarle nel prossimo futuro, potremo anche risolvere i problemi più urgenti posti dalle energie rinnovabili e dalla trasformazione della mobilità.

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