Rubrica: Automotive alternatvo
Titolo o argomento: Motori a idrogeno
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La tecnologia corre e la gente non è realmente a conoscenza di quanto. Così anche se per molti il tema dell’idrogeno appare come una novità, un futuro probabile, possibile, in realtà per chi fa ricerca è un tema talmente vecchio che sono mutate persino le forme gergali con cui se ne parla nell’ambiente.
Oggi, nel tentativo di produrre idrogeno solo da fonti pulite, si è abbandonata una intuitiva classificazione basata su colori che potrebbe però risultare assai interessante per il lettore che ama conoscere più a fondo questo nobile tema.
L’idrogeno, il primo elemento della tavola periodica, il più semplice elemento della tavola periodica è l’elemento più diffuso nella nostra galassia, nel sistema solare.
Idrogeno bianco
Si tratta dell’idrogeno presente in natura, negli strati geologici, sotto forma gassosa (H2). Attualmente vengono operati rilievi per misurarne la fuoriuscita naturale in circa un centinaio di siti nel mondo. La comunità scientifica rileva sulla superficie terrestre leggere depressioni tendenzialmente di forma circolare (chiamate cerchi delle streghe) che hanno la proprietà di essere irregolari nell’erogazione dell’idrogeno ma allo stesso tempo non trascurabili. In prossimità di questi fenomeni la vegetazione spesso non sopravvive e si dirada.
Idrogeno blu
Si può ottenere idrogeno da un processo denominato Steam Reforming. Esso consiste nella produzione di un gas di sintesi (syngas) partendo da idrocarburi (in questo specifico caso “metano”) e vapore acqueo. Nel caso in cui le emissioni di CO2 vengano catturate e stoccate nel sottosuolo, grazie ad una tecnica denominata CCS (Carbon Capture and Storage), l’idrogeno ottenuto viene denominato “blu”. Nonostante si tratti di un metodo di produzione considerato neutro una parte dell’anidride carbonica prodotta, circa il 10-20%, non può essere stoccata.
In realtà la reazione che si ottiene usando come reagenti metano e vapore produce anche monossido di carbonio ma, portando il monossido di carbonio a reagire con ulteriore acqua, adottando un opportuno catalizzatore di ossido di ferro, si ottiene ulteriore idrogeno e anidride carbonica da catturare e inibire nel sottosuolo. Il processo è noto come “Reazione di spostamento del gas d’acqua (wgs, water gas shift)”.
Reforming primario
CH4 + H2O → CO + 3 H2 -191,7 kJ/mol (T=700÷1100°C)
Reforming secondario
CH4 + 2O2 → CO2 + H2O
2H2 + O2 → 2H2O
CH4 + H2O → CO + 3H2
CH4 + CO2 → 2CO + 2H2
Reazione di spostamento del gas d’acqua (wgs, water gas shift)
CO + H2O → CO2 + H2 + 40,4 kJ/mol (T=450°C)
Si evita così, con quest’ultimo passaggio, il pericoloso monossido di carbonio e si cattura l’anidride carbonica nel sottosuolo.
Idrogeno turchese
Si sta tentando di ricavare idrogeno (ma attualmente siamo in una fase sperimentale) dal gas naturale tramite un processo di pirolisi del metano che porti alla formazione di idrogeno gassoso e carbonio solido. L’idrogeno così prodotto è considerato a basso contenuto di carbonio.
Idrogeno rosa
L’idrogeno può essere prodotto anche per elettrolisi dell’acqua, ovvero tramite un processo elettrolitico nel quale il passaggio di corrente elettrica provoca la separazione dell’idrogeno dall’ossigeno. Quando l’energia che alimenta il processo proviene da una centrale nucleare (vedi in basso i Link correlati), l’idrogeno ottenuto viene classificato come idrogeno rosa. Questa soluzione apporta il vantaggio della produzione di idrogeno con basse emissioni di carbonio (emissioni che non provengono dall’elettrolisi, naturalmente, ma dall’estrazione dell’Uranio che alimenta la centrale) e porta al contempo lo svantaggio, non trascurabile, dei rischi più che noti che caricano l’altro piatto della bilancia.
Idrogeno giallo
L’idrogeno che è prodotto per elettrolisi dell’acqua alimentata da energia solare viene denominato idrogeno giallo. Come in ogni soluzione troviamo sia vantaggi che svantaggi. La produzione è estremamente pulita e si avvantaggia di energia che non “costa” e che altrimenti andrebbe sprecata: l’irraggiamento del Sole sulla Terra. In questo modo è possibile “dimenticare” che l’energia elettrica richiesta per produrre idrogeno è maggiore di quella restituita nel momento dell’utilizzo ad esempio all’interno di celle a combustibile.
Lo svantaggio è rappresentato dalla variabilità del meteo ma bisogna tenere conto di quali zone del pianeta si possono (vogliono) impiegare per la produzione di idrogeno nel momento in cui sul nostro territorio l’inverno limita drasticamente le possibilità.
I territori più adatti e vasti del pianeta possono produrre quantità oltraggiose di energia elettrica e di idrogeno senza ledere il paesaggio, l’agricoltura, le persone. Il discorso completo risulta assai complesso.
Idrogeno verde
Allargando il concetto di idrogeno giallo a tutte le fonti rinnovabili si ottiene la nomenclatura di idrogeno verde. L’elettricità per produrlo può essere ottenuta non solo dal sole ma anche dall’eolico, ad esempio, per non parlare dei moti ondosi che sembriamo ignorare e non voler sfruttare minimamente (vedi in basso i Link correlati).
Idrogeno marrone
L’idrogeno marrone viene prodotto dalla gassificazione di un carbone fossile proveniente da foreste esistite tra decine e centinaia di milioni di anni fa. Tale carbone prende il nome di Lignite. La lignite contiene quantità di ossigeno e idrogeno molto maggiori rispetto al carbone nero (voce di seguito). Il processo di gassificazione (atto ad ottenere syngas) risulta estremamente inquinante in quanto converte il materiale carbonioso in idrogeno (H), monossido di carbonio (CO) e biossido di carbonio (CO2) rilasciando però in atmosfera gli ultimi due.
Idrogeno nero
Allo stesso modo dell’idrogeno marrone viene prodotto l’idrogeno nero. La differenza sostanziale risiede nell’impiego di carbone nero (bituminoso).
Idrogeno grigio
Come già visto per quello blu si può ottenere idrogeno dal processo di steam reforming impiegando gas naturale anziché carbone. Se però l’anidride carbonica prodotta viene rilasciata in atmosfera, la nomenclatura passa a idrogeno grigio. La produzione di un chilogrammo di idrogeno può generare circa 9 chilogrammi di CO2.
Conclusioni
Attualmente il metodo più diffuso per produrre idrogeno è l’ultimo citato, quello che restituisce idrogeno grigio. Verrebbe da pensare sia quello in grado di sfruttare le rinnovabili, ovvero quello verde, ma… non è così. Però ci si sta lavorando e questa volta qualcosa sembra muoversi molto più che in passato.
Esporrò le mie modeste personali inclusive conclusioni nell’ultimo articolo di questa rubrica nella speranza di stuzzicare positivamente le menti più fertili dell’orizzonte contemporaneo.
Continua…
Video
Che cos’è l’Idrogeno verde? | www.youtube.com/watch?v=gEByrL5a27c
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