Questo post partecipa al Carnevale della Chimica numero 28 ospitato nel blog Arte e Salute.

 

Fonte: www.rcs.org

Quale sarà il vettore energetico del futuro? Come faremo a soddisfare il fabbisogno di energia una volta che i combustibili fossili cominceranno a scarseggiare? Queste sono domande piuttosto frequenti in un periodo dove la popolazione mondiale incomincia a prendere coscienza che il petrolio non è una risorsa infinita. Da almeno un decennio si parla dell’idrogeno come una valida alternativa ai combustibili fossili. Tra le applicazioni più pubblicizzate l’automobile ad idrogeno che risolverebbe gran parte dei problemi di inquinamento avendo come sottoprodotto della combustione esclusivamente acqua.
Questo articolo non vuole e non può esaminare nel dettaglio tutti i metodi e le recenti scoperte nella produzione e la gestione dell’idrogeno, ma vuole solo fornire al lettore un’idea sulla complessità dell’utilizzare questa particolare sostanza come vettore energetico nel futuro in sostituzione ai combustibili fossili.


L’idrogeno molecolare di cui tanto si parla è un gas altamente infiammabile ed è composto da due atomi di idrogeno. Questo gas è considerato un ottimo combustibile, purtroppo, però, è molto raro sulla Terra e quindi per poterlo utilizzare in futuro nell’autotrazione è necessario imparare a produrlo, stoccarlo e trasportarlo in maniera semplice e poco costosa. Con “costo” in questo testo non mi riferirò alla questione economica, bensì al costo energetico, ovvero se investo 100KWh di energia nella produzione di idrogeno, quanta di questa energia viene sprecata nel processo di produzione e gestione del combustibile?

Ci sono diversi modi per produrre idrogeno, molti di questi sono in fase di sperimentazione e ben lontani da un’applicabilità industriale. Le prospettive considerate più plausibili sono ottenere idrogeno dalla scomposizione dell’acqua (2 molecole H2O vengono trasformate in due molecole di idrogeno e una di ossigeno) oppure attraverso lo steam reforming, un processo che partendo dal metano porta alla produzione di idrogeno e anidride carbonica.
Nonostante queste vie siano le più “semplici” per applicabilità industriale non sono esenti da problemi, ad esempio dove si trova l’energia necessaria per scomporre l’acqua?
Lo stesso steam reforming del metano si basa ancora su un combustibile fossile e produce comunque anidride carbonica.
Questo dimostra che l’idrogeno non è un fonte primaria di energia, ma un vettore, ovvero una sostanza che viene creata consumando un’altra fonte energetica.
Ma una volta prodotto? Quanto è facile stoccare e trasportare l’idrogeno?

La risposta è: davvero complesso. L’idrogeno è un gas molto particolare che richiede una grande quantità di energia per essere compresso e stoccato. Basti pensare che per comprimere il metano (oggi molto diffuso come combustibile per automobili) si utilizza 9 volte meno energia rispetto all’idrogeno.
I problemi di stoccaggio non sono da meno: accumulare l’idrogeno come liquido richiede alte pressioni e basse temperature.
Se poi volessimo utilizzarlo per l’autotrazione o per applicazioni diffuse sarebbe necessario trovare un modo per trasportare agevolmente questo gas. Purtroppo a causa della bassissima densità dell’idrogeno le autobotti viaggerebbero quasi vuote. Il costo energetico del trasporto su gomma dell’idrogeno sarebbe diverse volte superiore al costo attualmente sostenuto per il trasporto di metano, GPL o petrolio.
Non pensate nemmeno all’utilizzo dei gasdotti: sempre a causa della bassa densità spingere l’idrogeno all’interno di un tubo consumerebbe il quadruplo dell’energia attualmente utilizzata per il gas naturale.
Se volessimo poi fare rifornimento alla nostra nuova e fiammante macchina ad idrogeno? Si riproporrebbe il problema dello stoccaggio presso i distributori e dello stoccaggio nei singoli serbatoi delle auto con ulteriore consumo di energia.

Facciamo due conti: ipotizziamo di avere una fonte rinnovabile e pressoché illimitata di elettricità e di investire 100KWh nella scomposizione dell’acqua per ottenere idrogeno. Quanta energia riusciamo praticamente ad sfruttare per far andare la nostra automobile e quanta viene persa nei processi produttivi e di trasposto? Che differenza ci sarebbe se ci affidassimo alle batterie come vettori energetici? La tabella seguente dovrebbe rendere l’idea.

Energia utilizzabile al netto di produzione, trasporto e stoccaggio partendo da elettricità rinnovabile. Fonte: Proceedings of the IEEE | Vol. 94, No. 10, October 2006

In conclusione l’economia dell’idrogeno, ad oggi, non è sostenibile ed è per questo motivo che nonostante alcuni proclami da parte di aziende automobilistiche, l’auto ad idrogeno rimane un’utopia. Questo non significa che l’idrogeno non sarà mai utilizzato come vettore energetico, ma semplicemente che non lo sarà nel prossimo futuro. Altre fonti rinnovabili possono essere utilizzate per produrre energia, come ad esempio il bioetanolo, ma questa è un’altra storia…

Fonti:

-International Journal of Hydrogen Energy 32 (2007) 3238 – 3247
– International Journal of Hydrogen Energy, 26, 2001, 127
– Review of small stationary reformers for hydrogen production, International Energy Agency, 2001

 

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