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IDROGENO

Le celle a combustione

Il combustibile più pulito e rinnovabile tra le diverse fonti energetiche


L’IDROGENO fu individuato come sostanza distinta nel 1776 da Henry Cavendish (chimico e fisico scozzese: 1731–1810) che lo chiamò “aria infiammabile” grazie alla sua alta infiammabilità. Il nome idrogeno però lo si deve ad Antoine Lavoisier (chimico francese: 1743–1794) che unì le parole hydro: acqua e genes: generare.


L' IDROGENO è un gas che a pressione atmosferica e a temperatura ambiente (298 K) è :

  • incolore,
  • inodore,
  • insapore,
  • altamente infiammabile,
  • leggerissimo (peso atomico 1).

L'IDROGENO è l'elemento più leggero e più abbondante di tutto l'universo. È presente nell'acqua e in tutti i composti organici e organismi viventi. Le stelle sono principalmente composte di idrogeno nello stato di plasma.

L'Idrogeno, come combustibile, produce in emissione, solo Vapore.

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Come si produce l’IDROGENO

L'IDROGENO

Energia pulita per i treni

L''IDROGENO

Autobus a Idrogeno

L’idrogeno è il combustibile per eccellenza; infatti, lo scarto della sua combustione non è altro che vapore acqueo. Questo significa massima sostenibilità ambientale e possibile soluzione dei problemi legati all’inquinamento atmosferico del nostro pianeta se sostituito ai combustibili fossili. L'IDROGENO, purtroppo, non è reperibile allo stato libero, tuttavia può essere prodotto in svariati modi:

  • dalle bio-masse per massificazione,
  • dai rifiuti con processi foto-elettrochimici,
  • da alghe attraverso reazioni foto-biologiche,
  • ma, soprattutto, tramite il processo di elettrolisi dall’acqua.

E’ proprio questa ultima tecnica di estrazione dell’idrogeno che lo rende molto interessante, applicato alle fonti energetiche rinnovabili.  Infatti, se si pensa all’estrazione dell’idrogeno in maniera industriale dagli idrocarburi (sistema di produzione attualmente più utilizzato) si avvalla quanto affermato da molti sulla “poco realistica” sostenibilità ambientale dell’idrogeno, visto che per ogni atomo di carbonio presente negli idrocarburi utilizzati nei processi di “REFORMING”, si produce una molecola di anidride carbonica. E' noto, l'anidride carbonica è il principale dei gas cosiddetti “serra” i quali contribuiscono al riscaldamento del nostro pianeta, con gravi e ancora non del tutto prevedibili conseguenze sul clima. In effetti, la quantità di anidride carbonica ottenuta producendo IDROGENO per “reforming” è la stessa che si produrrebbe se il metano o il petrolio utilizzati fossero bruciati direttamente in una centrale elettrica. Ma la situazione cambia se l'IDROGENO viene prodotto per elettrolisi dell’acqua usando energia elettrica prodotta da impianti fotovoltaici o generatori eolici, da fonti rinnovabili, quindi, e ritrasformato in energia elettrica usando apparati come le CELLE a COMBUSTIBILE (fuel cell). Inoltre il processo di elettrolisi produce, come scarto eccellente, anche ossigeno che può essere recuperato per altri scopi non meno importanti, aumentando il rendimento del sistema. L'IDROGENO prodotto con questo sistema è veramente GREEN nel senso pieno della parola. E' auspicabile che sarà il propellente del futuro perchè i costi attuali, con le tecnologie allo stato disponibili, rappresentano una forte limitazione all'uso estensivo per le diverse applicazioni.

Scala e Colori dell'IDROGENO

In funzione della modalità di produzione è classificato con i seguenti colori:

- Idrogeno NERO
- Idrogeno
GRIGIO
- Idrogeno BLU
- Idrogeno VIOLA
- Idrogeno VERDE
.

Qui a lato ne indichiamo i tre più comunemente utilizzati.
IDROGENO verde
IDROGENO verdeE' estratto dall’acqua usando la corrente prodotta da una centrale alimentata da energie rinnovabili. In assoluto, per le quasi nulle emissioni nell'ambiente, è il più pulito della gamma dell'Idrogeno attualmente disponibile sul mercato.
IDROGENO blu
IDROGENO bluè più del 90% dell'idrogeno, oggi prodotto. Ha usi, principalmnte, industriali, nella chimica. ma può essere anche lo scarto produttivo di una reazione chimica, o può essere estratto dal metano (idrogeno e carbonio) o da altri idrocarburi.
IDROGENO grigio
IDROGENO grigioè quello più prodoto e disponibile sul mercato (al 90%) dell'idrogeno. Ha usi industriali, nella chimica. può essere lo scarto produttivo di una reazione chimica, oppure può essere estratto dal metano o da altri idrocarburi.

Quali sono gli utilizzi possibili dell'IDROGENO ?

Veramente tanti. A partire dalla produzione di energia elettrica. Alla energia per l'autotrazione (autovetture, autobus, autocarri, tram, treni, aerei, navi) e alle riconversioni industriali, nelle molterplici modalità d'uso, sia con la produzione di elettricità che come propellente diretto.
IDROGENO per Autotrazione
IDROGENO per Autotrazione1° Impianto auto a IDROGENO
Dettaglio di auto IBRIDA con motore termico (anteriore) e motore elettrico (posteriore).Utilizzano, con tecnologie diverse, l'IDROGENO come propellente.
Energia dall'IDROGENO
Energia dall'IDROGENO2° Per produrre Energia Elettrica
L'estrazione per elettrolisi dell'acqua consente di ricavare per ogni molecola di acqua, 2 parti di Idrogeno e una di Ossigeno, entrambi definiti "gas nobili".
IDROGENO e Serbatoi
IDROGENO e Serbatoi3° Posizionamento pericoloso
Questo tipo di esperimento su auto a trazione termica è estramamente pericoloso, per le caratteristiche del propellente e per la posizione..

Treno a IDROGENO

Il bio carburante che sostituisce il vapore e il gasolio in assenza della rete elettrica

IDROGENO - gas nobile

Autobus a Idrogeno in servizio pubblico: zero emissioni iquinanti.

Dall'acqua si ricava IDROGENO verde

Con il processo elettrolitico si ricavano Idrogeno (per 2 parti) e Ossigeno (per 1 parte) entrambi GAS NOBILI

Il Serbatoio e il Motore a IDROGENO

Idrogeno per autotrazione a zero emissione

L’ immagazzinamento
dell' IDROGENO

Nave da trasporto a IDROGENO

Anche il trasporto marittimo può usufruire di questa tecnologia per evitare l'inquinamento ambientale.

L'IDROGENO e i serbatoi

Il posizionamento dei serbatoi deve tener conto della pericolosità del carburante in caso di incidente


L'immagazzinamento dell’idrogeno, invece, avviene attraverso tre metodi oggi conosciuti:

  • LA COMPRESSIONE del GAS a 150-200 BAR e STOCCAGGIO in APPOSITE BOMBOLE;
  • LIQUEFAZIONE del GAS e STOCCAGGIO in APPOSITI CONTENITORI a una TEMPERATURA di -253°C;
  • ASSORBIMENTO del GAS in APPOSITE LEGHE METALLICHE (IDRURI METALLICI).

Il primo sistema è il più diffuso, ma comporta parecchi problemi dovuti al rispetto delle norme di sicurezza sia durante la compressione (l’Idrogeno è un gas altamente esplosivo) che durante lo stoccaggio (avendo peso atomico 1, il gas è altamente volatile e quindi non facile da stoccare per lungo tempo).
Inoltre, l’energia elettrica necessaria alla compressione del gas contribuisce all’abbassamento della resa del processo finale di utilizzo dell’Idrogeno.
Questo metodo, inoltre, è poco conveniente per i volumi di spazio occupati.

Anche il sistema a liquefazione necessita di compressione del gas per cui è soggetto a tutte le problematiche di sicurezza del precedente e, inoltre, in questo caso l’energia elettrica per la compressione e la liquefazione dell’idrogeno è pari ad un quarto di quella ottenibile dalla combustione del gas.
Altro problema non meno importante in questo secondo sistema di stoccaggio è dato dalla necessità di mantenere il liquido a -253°C attraverso ingombranti sistemi di coibentazione e refrigerazione che richiedono ulteriori consumi energetici.

Il terzo procedimento è attualmente il più innovativo, vantaggioso e sicuro.
Vengono utilizzati speciali materiali, Idruri Metallici, in grado di assorbire l’Idrogeno in forti quantità a valori di compressione del gas tra 1 e 10 Bar, e di rilasciarlo poi quando lo stesso materiale viene riscaldato.
Questo tipo di processo non richiede grossi apporti di energia (basse pressioni di stoccaggio dell’Idrogeno) e se accoppiato con l’uso di Fuel Cell di tipo PEM è possibile facilitare l’estrazione del gas dallo stoccaggio usando il calore prodotto della Fuel Cell PEM stessa che normalmente ha una temperatura di funzionamento intorno agli 80°C.

Alcune considerazioni
sull' IDROGENO

Aereo a IDROGENO

Velivoli a Idrogeno di prossima generazione sono il futuro del traffico aereo per avere zero emissioni.
Un quarto sistema è allo studio e consiste nell’adozione di “nanotubi” di carbonio, strutture derivate dalla tecnologia dei “fullereni”: la terza forma allotropica del carbonio inorganico.

Queste strutture si caratterizzano per la capacità di assorbire il gas idrogeno in maniera significativa a basse pressioni e a temperature ambiente.
Dal punto di vista ambientale, l' idrogeno presenta con i seguenti VANTAGGI
possiede un alto potere calorifico, convertibile, in elettricità e calore
La CO2 prodotta dalla combustione del metano così ricavato permette di pareggiare il bilancio dell'anidride carbonica emessa in atmosfera: infatti la CO2 emessa dalla combustione del biogas è la stessa CO2 fissata dalle piante (o assunta dagli animali in maniera indiretta tramite le piante), al contrario di quanto avviene per la CO2 emessa ex novo dalla combustione dei carburanti fossili
Ulteriore vantaggio ecologico nell'utilizzo del biogas, è quello di impedire la diffusione nella troposfera del metano emesso naturalmente durante la decomposizione di carcasse e vegetali: il metano è infatti uno dei gas-serra più potenti ed è quindi auspicabile la sua degradazione in CO2 e acqua per combustione.
L'emissione di 1 kg di CH4, in un orizzonte temporale di 100 anni, equivale ad emettere 25 kg di CO2(IPCC 2007).
Dal punto di vista etico-sociale-ambientale, l' idrogeno  presenta i seguenti SVANTAGGI
necessità di miscelazione di componenti diversi, ai fini della resa
cattivi odori derivanti dalla fermentazione. Evitabile con una corretta gestione dell'impianto
impianti vicini ai centri abitati per sfruttare il calore in eccesso nelle reti di teleriscaldamento. Fattore di disturbo per le popolazioni.
Se le tecniche di coltivazione sono monocolturali questo riduce la biodiversità, aumenta l''erosione del suolo e il rischio di insetti e batteri che distruggano le coltivazioni.

Un Autobus a IDROGENO

Autobus a Idrogeno in servizio pubblico alla colonnina per il rifornimrnto.

Un Tram Cinese a IDROGENO

Tram a Idrogeno in una stazione inaugurata nel 2016

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