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Perché produrre idrogeno

L’idrogeno è un vettore energetico, non una fonte, e serve per immagazzinare e distribuire energia.
Può essere utilizzato come volano di energia per compensare le differenze tra produzione e richiesta di energia e migliorare il bilanciamento della rete.
Questa funzione è fondamentale in previsione di un maggior sviluppo delle fonti rinnovabili come il sole e il vento, caratterizzate da una forte e non controllabile variabilità nel tempo, ma anche per le fonti convenzionali, e in particolare per il nucleare.

Non è presente in natura allo stato libero, e va estratto dai composti che lo contengono

Le principali risorse da cui si può ottenere l’idrogeno sono:

·         l’acqua

·         gli idrocarburi

·         il carbone

·         la biomasse

Come si produce.

Tutti i processi per produrre idrogeno consumano energia; la produzione di idrogeno come materia prima per l’industria è ampiamente diffusa, e le tecnologie necessarie hanno raggiunto un buon grado di maturità.

La produzione di idrogeno come vettore energetico richiede un notevole cambiamento di scala, e la costruzione di una infrastruttura diversa da quella attuale; in particolare l’utilizzo come combustibile per l’autotrazione richiede una infrastruttura capillare, confrontabile con quella per la distribuzione dei combustibili fossili.

Alcuni dei processi per la produzione di idrogeno sono più adatti alla produzione centralizzata di grandi quantità di idrogeno, altri alla produzione distribuita di media o piccola taglia.

• Reforming con vapor d’acqua: è il processo attualmente più diffuso, soprattutto per estrarre idrogeno dal metano. La reazione è endotermica, e richiede calore. In genere è seguite da un processo di water shift che produce ulteriore idrogeno e trasforma il monossido di carbonio contenuto nel gas di sintesi in anidride carbonica. Il processo può essere applicato anche a altri composti ricchi di idrogeno, come il metanolo, l’etanolo, il propano, la benzina, il gas o altri combustibili ottenuti dalle biomasse.
   
• Ossidazione parziale: nel processo il gas naturale o altri idrocarburi reagiscono con piccole quantità di ossigeno (in genere aria); anche in questo caso il gas di sintesi è composto prevalentemente da idrogeno e monossido di carbonio (e azoto, se la reazione utilizza aria) e richiede water shift. La reazione produce meno idrogeno per ogni molecola di idrocarburo rispetto al reforming, ma è esotermica, e quindi produce calore. Il processo è molto più veloce, e richiede reattori più piccoli; è quindi adatto a impianti distribuiti di piccola taglia.
   
• Gassificazione: è un processo in cui il carbone o le biomasse, in presenza di vapor d’acqua e sottoposti  ad alta temperatura e alta pressione, si convertono in composti gassosi; una serie di reazioni successive produce un gas di sintesi, che viene fatto reagire con vapor d’acqua per ossidare completamente i composti del carbonio e ottenere una maggior quantità di idrogeno.
  • La produzione di idrogeno dal carbone richiede la cattura e il sequestro dell’anidride carbonica. Quando il processo sarà pienamente sviluppato, anche io carbone potrà essere considerato una fonte di idrogeno a bassa emissione di gas serra.
  • Anche la biomasse può produrre idrogeno per gassificazione; poiché la biomassa consuma anidride carbonica durante il processo di crescita, la produzione di idrogeno porta a emissioni di gas serra prossime a zero.
     

    (Fonte DOE)

•  Elettrolisi : l’elettrolisi utilizza energia elettrica per scindere l’acqua in idrogeno e ossigeno; se si utilizza elettricità prodotta da fonti rinnovabili come solare fotovoltaico, eolico e idroelettrico, le emissioni di anidride carbonica sono prossime a zero.

R&S: le sfide: in generale, le attività di ricerca sono concentrate sul miglioramento dell’efficienza delle tecnologie per la produzione dell’idrogeno, e sul contenimento dei costi di processo.

Un tema strategico è quello della cattura e sequestro della CO₂ , senza la quale non sarà possibile lo sfruttamento del carbone, la risorsa fossile più abbondante ma anche la più pericolosa per il contributo all’effetto serra.

Altri processi sono allo studio, come la scissione termochimica ad alta temperatura, la scissione fotochimica e fotobiologica, sono considerati molto promettenti, ma sono per ora ancora a livello di laboratorio.