Idrogeno, questo sconosciuto – 1

Idrogeno, questo sconosciuto – 1


L’Idrogeno è l’elemento chimico più semplice e più diffuso nell’Universo. In condizioni di temperatura e pressione normali sulla Terra la sua molecola H2 non è stabile, reagisce spontaneamente con altri elementi chimici, così che Idrogeno è presente unicamente legato ad altri atomi in molecole più complesse. Per poterne disporre in forma molecolare H2  -la forma che permette un suo utilizzo energetico-  lo dobbiamo “estrarre” da quelle molecole con processi che necessitano energia.

È importante evidenziare come l’Idrogeno non sia una fonte energetica, proprio perché non lo si trova spontaneamente nella forma H2 energeticamente utile, ed in quella forma va prodotto! risulta così essere un vettore di trasporto dell’energia che “accumula” quando gliene viene fornita per separarlo da altri atomi nelle molecole complesse che lo contengono, principalmente acqua e idrocarburi. Ha un’azione paragonabile a quella della Corrente Elettrica, che trasporta l’energia con la quale viene prodotta, energia proveniente da fonti quali il Potenziale gravitazionale dell’Acqua, la Combustione dei Fossili Carbonici (gas, petrolio, carbone), la Fissione Nucleare, la Combustione Vegetale, il Sole, il Vento, le Maree, il Calore del Sottosuolo, i Soffioni Boraciferi, …

Mentre la Corrente Elettrica via cavo cede energia direttamente agli apparecchi utilizzatori, le molecole H2 di Idrogeno forniranno energia nel momento in cui saranno libere di reagire chimicamente con Ossigeno nelle attrezzature adatte (generatori elettrici, bruciatori, motori a combustione interna).

Per farsi un’idea precisa ed obiettivamente corretta delle potenzialità energetiche dell’Idrogeno può essere utile paragonarne i modi d’utilizzo proprio a quelli del “trasportatore di energia” più tradizionale: la Corrente Elettrica.

Intanto si deve sempre fare un’analisi completa dei processi di produzione e di distribuzione e di utilizzo, ciascuno dei quali ha delle perdite energetiche identificabili col loro rendimento. Nel caso della Corrente Elettrica, essa deve essere generata con delle turbine, poi lasciata fluire lungo cavi conduttori, infine utilizzata in motori elettrici od in altre apparecchiature adatte (strumenti elettronici digitali o apparecchi di ricezione radio e TV o di riproduzione sonora, apparecchiature di illuminazione e di riscaldamento, di condizionamento dell’aria, …). Diversamente l’Idrogeno molecolare H2 deve essere prodotto da acqua o da idrocarburi, poi liquefatto per compressione al fine di essere immagazzinato in impianti di distribuzione od in bombole che lo trasferiscano agli utilizzatori, impiegato in adatti strumenti che ne recuperino l’energia di reazione chimica od elettro-chimica.

Utilizzare la Corrente Elettrica trasportata con le linee ad Alta Tensione ha un rendimento energetico molto favorevole, ma risulta difficile valutare dati generali perchè dipendono dalla tensione utilizzata, dalla lunghezza delle linee, anche dalle condizioni esterne. Inoltre occorre valutare l’impegno fisico dei materiali per la realizzazione e la gestione delle reti di cavi elettrici di trasporto. Diversamente, produrre e comprimere Idrogeno per immagazzinarlo in singole bombole od in autocarri cisterna per trasportarlo in maniera continuativa lungo le arterie stradali e ferroviarie ai distributori ed agli utilizzatori, come si fa per i carburanti da autotrazione e riscaldamento … parrebbe operazione almeno tanto importante ed impegnativa quanto la realizzazione delle reti elettriche. Comparare i costi strutturali e le quote di energia necessaria per portare rispettivamente Corrente Elettrica ed Idrogeno H2 agli utilizzatori è questione complessa, con una grande varietà di condizioni puntuali: non siamo al corrente di studi che lo abbiano fatto in modo significativo.

Fatte tutte le premesse del caso, ci troviamo ora con la Corrente Elettrica e con l’Idrogeno H2 in prossimità degli utilizzatori, nelle condizioni di poter alimentare apparecchiature che necessitano di energia per il proprio funzionamento. Nel caso della Corrente Elettrica il passaggio è diretto alle apparecchiature fisse, mentre si deve ricorrere a batterie elettriche ricaricabili per dispositivi mobili (automobile a motore elettrico, telefoni mobili, computer portatili, attrezzi senza cavo, …). Nel caso dell’Idrogeno l’energia viene fornita attraverso una reazione chimica od un processo elettro-chimico. Vediamolo.

Notiamo per prima cosa che la tecnologia dell’Idrogeno a scopo energetico è piuttosto recente e si era sviluppata per alimentare in modo ecologico i veicoli stradali. Più recentemente ancora si prova ad utilizzare H2 come combustibile in bruciatori da riscaldamento, ma è una tecnica ancora parziale ed in sviluppo, troppo presto per tracciare bilanci e riconoscere eventuali vantaggi. Esaminiamo dunque due tecniche già collaudate ed in uso. Una prima possibilità consiste nell’alimentare celle elettro-chimiche chiamate fuel cell, che producono corrente elettrica: sono le “celle a combustione” che si stanno utilizzando su mezzi pubblici in certe città europee od anche su autocarri di distribuzione merci, dopo che erano state collaudate su alcuni prototipi di automobili ad idrogeno in finire di secolo scorso. Una fuel cell ha un rendimento energetico non elevatissimo, poco superiore al 50%, così che quasi il 50% dell’energia di reazione dell’Idrogeno va perduta (significa che quasi il 50% dell’energia elettrica spesa per ricavare Idrogeno dall’acqua viene perso, in calore). Una seconda possibilità è utilizzare la combustione dell’Idrogeno in un tradizionale motore a combustione interna, per autotrazione: in questo caso il rendimento non è molto superiore al 30%, così che quasi il 70% dell’energia elettrica spesa per ricavare Idrogeno da acqua va perso, in calore.

Dal punto di vista puramente energetico il santo non vale la candela! Utilizzare 100 di energia elettrica per produrre Idrogeno dall’acqua e ricavarne poi solo 50 è uno spreco energetico. Ci si può domandare perché non utilizzare direttamente la Corrente Elettrica, ci si può domandare se esistano altri motivi che giustifichino la scelta della tecnologia dell’Idrogeno.

Proveremo a dare qualche spunto (magari non definitivo, visto lo sviluppo in corso) in un prossimo documento, qui.

 

Giuseppe

Studi: Liceo Scientifico Legnano; Ingegneria Meccanica – Politecnico di Milano. Progettista e ideatore di meccanismi ed attrezzature oleo-pneumatiche, impianti automatici e robot meccanici industriali.

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