Ambiente: il futuro è l’idrogeno

Pochi giorni fa è stato redatto a Parigi, durante il summit Cop21, un nuovo accordo per il bene del pianeta. Tuttavia gli addetti ai lavori sono titubanti sulla sua effettiva resa e auspicano che il nuovo patto non si riveli fallimentare come il protocollo di Kyoto.
Ecco allora una soluzione che sta prendendo lentamente piede ed è vista, da esperti e governanti, come il Santo Graal del terzo millennio: l’economia a idrogeno.
Questo sistema economico si basa su un piano futuro che ha come obiettivo quello di immagazzinare tutte le forme di energia necessarie per l’uomo, come trasporti ed elettricità, sotto forma di idrogeno.
Tuttavia, come ogni innovazione, questo progetto presenta tanti benefici sensazionali quanto numerosi ostacoli difficili da superare.

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L’idrogeno, attualmente, viene prodotto per il 48% da gas naturale, per il 30% dal petrolio tramite un processo chiamato reforming, per il 18% dal carbone e per il 4% dall’elettrolisi dell’acqua. Tuttavia, o a causa della poca efficienza oppure per le difficoltà di realizzazione, nessuno di questi processi è la soluzione migliore. Per questa ragione esistono numerosi progetti finanziati dal Doe, il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti d’America, che studiano nuove possibilità per produrre tale molecola, come ad esempio nuovi metodi basati sulla separazione dell’idrogeno dall’ossigeno in soluzioni di acido solforico, e nuove sperimentazioni che hanno come centro del progetto la coltivazione e produzione diretta di microscopiche alghe azzurre modificate geneticamente.
Attualmente, nel mercato odierno, sono due le tecniche usate per sfruttare l’idrogeno come combustibile: i motori a combustione interna e le celle a combustibile (dette anche in inglese fuel cells).
Il primo motore a combustione interna a idrogeno non è un’invenzione recentissima, come invece si sarebbe portati a pensare, ma è stato progettato da François Isaac de Rivaz già nel 1806. Egli è riuscito, tramite una macchina motrice endo-termica, a convertire l’energia chimica di una miscela di idrogeno e ossigeno in energia meccanica grazie alla rotazione dell’albero motore. Tale invenzione non è stata abbandonata negli anni, ed è stata ottimizzata nel 1970 da Paul Dieges che brevettò una modifica al motore a benzina trasformandolo in un motore a combustione di idrogeno. Al giorno d’oggi esistono alcune automobili che utilizzano questo sistema, ne è un esempio la Bmw Hydrogen 7, e anche molti Space Shuttle della Nasa usano l’idrogeno come combustibile per riuscire a raggiungere lo spazio. Anche nel campo aeronautico si sta sperimentando questo meccanismo: infatti nel luglio 2010 la Boeing ha presentato un aeromobile a pilotaggio remoto, detto Uav, alimentato da due motori a combustione interna di Ford, convertiti per funzionare a idrogeno.
Sebbene il motore a combustione interna abbia un’efficienza media del 30%, buona potenza e il vantaggio di utilizzare una tecnologia già conosciuta da anni e dai costi relativamente bassi, la soluzione più prestante sembrerebbe essere la pila a combustibile. Infatti la fuel cell è un dispositivo elettrochimico che permette di ottenere elettricità direttamente da idrogeno e ossigeno senza che avvengano processi di combustione termica, ed è proprio per questo motivo che la sua efficienza risulta essere molto più alta e vantaggiosa (fino all’80-85%), e per di più non vi è dissipazione di energia. Inoltre le fuel cell rispetto ai motori a combustione interna non producono emissioni dannose, e se il processo energetico iniziasse con l’elettricità prodotta dagli impianti solari o eolici tutta l’energia prodotta sarebbe interamente green.

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Tuttavia i prototipi di pile a combustibile sono ancora costosi e ingombranti: i metalli con cui sono costruite, come ad esempio il platino, devono essere molto resistenti alla corrosione e perciò sono estremamente costosi.
Ma gli ostacoli non si fermano qui. L’idrogeno, infatti, non è un elemento già disponibile nel nostro pianeta, ma deve essere estratto da altre sostanze, oppure deve essere prodotto da altri combustibili a elevato contenuto energetico, come i combustibili fossili. Tali metodi aggravano dunque il problema dell’esaurimento delle scorte non rinnovabili, dato che ne consumano maggiormente rispetto ai sistemi odierni, e producono una maggior quantità di anidride carbonica. Inoltre la resa termodinamica è dubbia a causa dell’irreversibilità dei processi fisico-chimici di trasformazione dell’energia.
Altri due problemi molto importanti che riguardano l’idrogeno sono il suo trasporto e il suo immagazzinamento. Infatti questo gas ha una bassa densità e ciò significa che, anche se si applicasse una energia addizionale per comprimerlo, servirebbe un serbatoio molto grande per contenerlo, e ciò influirebbe anche sui costi di trasporto che si alzerebbero esponenzialmente.
Per di più, se ci fossero fuoriuscite di idrogeno dai serbatoi si potrebbero formare, a causa della radiazione ultravioletta, radicali liberi che, reagendo con l’atmosfera, contribuirebbero a disintegrare il buco dell’ozono.
Una soluzione a tali problemi potrebbe essere la produzione di idrogeno tramite elettrolisi, ma al momento non sembra un’idea risolutiva, in quanto è ancora troppo costosa e inefficiente. Per questo si ripone ogni speranza nell’evoluzione della tecnologia.
Molte aziende stanno studiando per costruire veicoli a idrogeno, e alcune case automobilistiche hanno già cominciato a mettere in pratica questa nuova tecnologia per prepararsi adeguatamente al futuro. Ad esempio la Honda nel 1999 ha introdotto nel mercato il suo primo veicolo a celle a combustibile, il Fcx, e ha fabbricato, anni dopo, la seconda generazione Fcx Clarity. La casa giapponese ha dichiarato che pensa alla produzione in massa dei veicoli Fcx entro il 2020 e continua tutt’oggi a investire risorse nelle fuel cell.
Nel 2009 Daimier, Ford, General Motors, Honda, Hyundai, Kia, Renault, Nissan e Toyota hanno rinnovato il loro impegno a sviluppare e lanciare veicoli elettrici a celle a combustibile nel 2015. Anche il grande colosso Lotus Car ha contribuito all’innovazione producendo nel 2010, in occasione dei giochi olimpici di Londra, circa 50 taxi a idrogeno.
E l’Italia? Che cosa sta facendo il nostro paese per l’ambiente? Sta investendo su tali tecniche? Fortunatamente, nel suo piccolo, sta iniziando a investire sull’economia a idrogeno. Infatti la città di Mantova è attualmente il maggiore produttore di «idrogeno merchant», ovvero quello destinato alla vendita a industrie, enti o privati. Già dal 2007 a Bologna circolano autobus alimentati da una miscela di metano con idrogeno al 5-15%, e la produzione di idrogeno, tramite rifiuti ed energie pulite, è attualmente in sperimentazione da parte dell’Università di Bologna. Inoltre nel 2013 Bolzano è riuscita ad acquistare e mettere sulla strada i primi autobus a idrogeno, e a partire dallo stesso anno anche la provincia di Trento li sta sperimentando. Infine, la notizia che più ci fa sperare nel futuro è la creazione della prima stazione italiana di rifornimento per la produzione e la distribuzione d’idrogeno da energia rinnovabile, nella stazione di servizio a Bolzano Sud dell’autostrada del Brennero. Tale stazione non è l’unica in Europa, e forma con gli altri distributori il cosiddetto «corridoio verde» che va da Monaco di Baviera a Bolzano, fino a Verona e a Modena nell’A22 del Brennero.
In conclusione, sebbene gli ostacoli siano tanti, gli studiosi pensano che l’economia a idrogeno sia più facile da attuare, e che la progressiva scalabilità delle dimensioni degli impianti a un livello molto più abbordabile rispetto ad altre proposte sia la chiave per un cambiamento fattibile e relativamente facile in favore del pianeta.

Luisa Bizzotto

Laureata all'Università di Padova Ingegneria Chimica e dei Materiali, frequento il corso internazionale Susteinable Technologies and Biotechnologies for Energy and Materials presso l'Almamater Studiorum Università di Bologna. Scrivo per La Voce che Stecca dal 16 luglio 2015 e su queste pagine mi occupo di cultura, musica e sport, ma soprattutto di scienza, la mia passione.

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