Idrogeno

di Domenico Coiante.

Clean Energy Natural Gas Fueling Station by Mike Mozart

Clean Energy Natural Gas Fueling Station by Mike Mozart

Su “Affari&Finanza” di La Repubblica del 30 gennaio 2017 si trova un interessante articolo di Fabio Orecchini dal titolo: “Una nuova era per l’auto a idrogeno…..”. In esso, l’autore sostiene che ormai l’auto alimentata con idrogeno è divenuta una realtà industriale e che alcune importanti case automobilistiche, come Toyota, Bmw, Daimler, Honda, Hyunday e Kawasaki, hanno messo a punto modelli industriali pronti ad uscire sul mercato. Anzi la Toyota con il modello Mirai si trova già in vendita in Giappone e su altre piazze, avendo così dato ufficialmente inizio alla “transizione dall’era del petrolio e dei combustibili fossili a quella delle fonti rinnovabili e delle emissioni zero”.

Come è noto, l’auto a idrogeno si presenta con due modalità differenti: a motore endotermico e a motore elettrico. In entrambi i casi il combustibile è costituito da idrogeno che può essere bruciato in modo convenzionale in un motore a scoppio, o in modo catalitico in una cella a combustibile producendo elettricità da impiegare per alimentare un motore elettrico. Nel primo caso l’energia chimica del gas è convertita direttamente in energia meccanica nel motore a scoppio, mentre nel secondo essa è trasformata in energia elettrica e poi convertita in energia meccanica nel motore elettrico. In questo caso la doppia conversione produce un abbassamento d’efficienza, che, però, è compensato dal maggior rendimento del motore elettrico (circa 90%) rispetto a quello scoppio (circa 30%).

Non v’è dubbio che l’idrogeno sia un ottimo combustibile ecologico. Infatti esso brucia combinandosi con l’ossigeno per produrre energia termica e, come scarto, soltanto acqua pura. Quindi, in linea di principio, il processo di combustione non è accompagnato da alcuna emissione inquinante. Il potere calorifico è molto alto, pari a 33,3 kWh per kg contro 12 kWh della benzina. Purtroppo, però, l’idrogeno si presenta in forma gassosa nelle normali condizioni di temperatura e pressione (condizioni NTP). Pertanto, il confronto energetico con gli altri combustibili va fatto nelle stesse condizioni standard, cioè in termini di volume. In tal caso il potere calorifico è pari a 0,003 kWh per litro contro 9 kWh della benzina: per produrre la stessa energia termica di 1 litro di benzina occorre bruciare oltre 333 litri di idrogeno NTP. E’ questo il motivo principale per cui il mondo va a combustibili fossili, nonostante il grande inquinamento da essi prodotto. In ogni caso, oggi l’idrogeno può essere compresso a 750 atmosfere e mantenuto in bombole leggere a fibra di carbonio. In queste condizioni 1 litro di gas sviluppa circa 2,25 kWh e ne bastano 4 litri per avere gli stessi effetti termici di 1 litro di benzina. Inoltre, il maggior rendimento, sia del motore a scoppio alimentato a idrogeno, sia di quello elettrico, porta a poter considerare economicamente fattibili autovetture con autonomia di circa 400 km. E’ questo il prezzo che si paga per avere zero emissioni.

La quantità d’idrogeno sulla Terra è enorme. Purtroppo esso si presenta (quasi tutto) in forma ossidata, cioè come acqua. Ogni litro contiene 111 grammi d’idrogeno, la cui energia termica corrisponde a 3,7 kWh, un valore senz’altro notevole, che, però, diviene disponibile soltanto dopo la sua estrazione e ciò, a sua volta, richiede una spesa energetica. L’elettrolisi costituisce uno dei processi più efficienti e più puliti per questo scopo potendo produrre idrogeno puro dall’acqua con una resa energetica superiore al 70%. Data la quantità enorme d’acqua presente sul nostro pianeta, non esiste alcun limite per la disponibilità di questo combustibile. Inoltre, se l’energia impiegata per l’elettrolisi proviene da fonti rinnovabili, il ciclo può essere chiuso in modo sostenibile, senza particolari problemi d’inquinamento.

Attualmente l’idrogeno è prodotto quasi tutto (97%) dal gas naturale mediante il processo detto del “reforming a caldo”. Se ne produce una grandissima quantità (milioni di tonnellate all’anno), per la maggior parte impiegata per la sintesi dell’ammoniaca destinata ai fertilizzanti chimici ad uso agricolo. Questo processo è accompagnato da rilevanti emissioni di carbonio, ma ha il pregio di essere quello più economico. Al contrario, la produzione elettrolitica dall’acqua non produce inquinamento, ma ha il difetto di essere più costosa. E’ evidente che, se volessimo (o dovessimo) eliminare l’inquinamento dovuto ai combustibili fossili, sostituendoli con l’idrogeno, dovremmo utilizzare la filiera pulita, quella del gas elettrolitico prodotto da energia rinnovabile.
Dal punto di vista tecnico, la tecnologia di produzione industriale e movimentazione logistica dell’idrogeno è completamente matura e sicura, anche nella versione criogenica del gas liquefatto. L’industria spaziale è servita attualmente da un notevole traffico di autocisterne che veicolano grandi quantità d’idrogeno liquido per grandi distanze senza particolari problemi di sicurezza. Insomma tutta la filiera, dalla produzione con fonti rinnovabili al consumo, è ormai collaudata e pronta alla sostituzione dei combustibili fossili.
Ma allora perché finora questo non è avvenuto?

La risposta risiede nell’alto costo economico da sostenere. Infatti si calcola che il costo finale dell’unità di energia dell’idrogeno proveniente dalla filiera elettrolisi-fonti rinnovabili sia un fattore quattro più alto di quello prodotto dai combustibili fossili. Tuttavia, la recente forte diminuzione del costo del kWh proveniente dal fotovoltaico e dalle altre rinnovabili ha ridotto di molto questo fattore. Tale circostanza, unita alla maggiore sensibilità ambientale conseguente agli accordi internazionali sul clima globale, lascia prevedere una tendenza diffusa verso il riconoscimento delle esternalità economiche dovute all’inquinamento atmosferico, la cui più grande componente deriva dal settore dei trasporti. Comincia a farsi largo il concetto del cambiamento di paradigma verso una mobilità generale più sostenibile, in cui il maggiore costo economico può essere compensato dai benefici ambientali. In questo quadro l’idrogeno appare come la soluzione più adeguata. Le iniziative automobilistiche in tal senso vanno viste come un tentativo di dare inizio alla transizione verso il recupero di condizioni di vita più salubri (soprattutto nelle grandi metropoli). I tempi sembrano maturi e il contrasto alla crisi ambientale costituisce una vera e propria forza guida che permette il superamento delle perplessità economiche.
Allargando la visuale dalle tematiche ambientali a quelle sociali e geopolitiche, il passaggio all’economia dell’idrogeno consente alcune importanti considerazioni.

Il primo aspetto ha natura strategica. L’idrogeno pulito può essere prodotto dovunque esista disponibilità di energia rinnovabile a costo accettabile e di acqua in minima quantità. Dove è possibile sfruttare l’energia solare, quella eolica e quella idraulica, lì si può produrre idrogeno per sostituire i combustibili fossili in tutti gli usi energetici. In particolare il nostro Paese si trova in ottime condizioni climatiche e tecniche per realizzare questa tecnologia a livello industriale. Il potenziale di energia rinnovabile, in specie quello fotovoltaico ed eolico, è più che sufficiente a garantire la produzione d’idrogeno in quantità adeguate a renderci maggiormente autonomi e quindi meno ricattabili dai paesi produttori di petrolio.

Il secondo è di ordine sociale. Per l’Italia, le condizioni migliori per la produzione si trovano dove c’è più sole, cioè nel Sud del Paese. E’ allora evidente che collocare gli impianti in tali zone costituirebbe una grande occasione di sviluppo sociale per creare una fonte di reddito notevole e frenare in tal modo l’abbandono del territorio. Lo stesso argomento, e a maggior ragione, vale per quei Paesi della fascia africana e medio-orientale che sono sprovvisti di risorse petrolifere. La grande abbondanza di radiazione solare, di cui godono, permetterebbe la produzione d’idrogeno a basso costo da esportare nel Nord Europa. Il reddito prodotto in tal modo consentirebbe di alzare il tenore di vita localmente, contrastando la tendenza all’emigrazione da queste zone. L’esportazione delle tecnologie solari per la produzione d’idrogeno in cambio del combustibile prodotto in più rispetto al fabbisogno locale potrebbe fornire una nuova opportunità di cooperazione in grado di creare posti di lavoro in zone da cui oggi parte la maggior parte del flusso migratorio.

Il terzo è di natura geopolitica. A tutti è nota la dipendenza del mondo occidentale dal petrolio dei paesi arabi. Altrettanto nota è la spirale perversa del flusso finanziario conseguente: il denaro va dall’Occidente all’Oriente; in parte, ci ritorna sotto forma d’investimenti, ma in parte finisce per finanziare il terrorismo islamico rivolto verso l’annientamento dichiarato dei nostri Paesi. Si potrebbe dire che, attraverso questo meccanismo assurdo, è l’Occidente stesso che fornisce le risorse al terrorismo, mentre cerca disperatamente di combatterlo con le armi. Dovrebbe ormai essere divenuto chiaro che il modo più efficiente per ridurre il fenomeno è d’interrompere il flusso di denaro che lo alimenta. La produzione endogena d’idrogeno consentirebbe di ridurre fortemente l’acquisto di gas e petrolio dall’estero diminuendo il flusso finanziario e la dipendenza energetica dai paesi arabi. Inoltre, diversificando la produzione nei paesi africani, si verrebbe a creare una rete d’approvvigionamento energetico più differenziata e molto meno dipendente dalle condizioni geopolitiche di ciascuna singola zona.

Nessun commento

Puoi essere il primo a lasciare un commento su questo articolo !

Lascia un commento

Subscribe without commenting