Uso della tecnologia a idrogeno come vettore energetico

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Idrogeno: combustibile e vettore energetico. A che punto siamo? La transizione energetica mondiale da fonti fossili a fonti rinnovabili renderà sempre più necessario l’uso dei cosiddetti vettori energetici. L’idrogeno costituisce ad oggi una delle soluzioni più promettenti, coniugando flessibilità d’impiego ad una crescente competitività con tecnologie concorrenti.

(Rinnovabili.it) – Come noto, l’idrogeno (H2) possiede proprietà fisico-chimiche che lo rendono particolarmente performante in vari ambiti.  In un contesto futuro di decarbonizzazione dei sistemi energetici mondiali, l’uso di tale combustibile è destinato a diventare fondamentale. Ma a che punto è lo sviluppo di questa tecnologia?

Nel Settembre 2018 il primo treno mosso da Fuel Cell è entrato in servizio su un tracciato di 100 km che collega le cittadine di Cuxhaven, Bremerhaven, Bremervörde e Buxtehude in Germania, su cui prima operavano locomotive diesel. Il treno può percorrere 1000 km senza aver bisogno di rifornimento (un’autonomia simile a quella di un treno diesel).

Il Länder della Bassa Sassonia ha in progetto altri 14 treni all’idrogeno pronti ad entrare in uso entro il 2021, mentre il Regno Unito sta progettandone altrettanti per il 2022. Il motivo dell’interesse crescente verso i treni all’idrogeno è la necessità di un phase-out degli ancor diffusi treni diesel, senza dover per forza elettrificare la linea (operazione logisticamente pesante ed economicamente costosa).Al momento l’idrogeno che alimenta questi treni è un sottoprodotto di processi industriali, anche se i concessionari dei progetti assicurano che in futuro proverrà unicamente da fonti carbon-free.idrogeno e decarbonizzazione

Una soluzione è quella di produrre H2 dall’elettrolisi dell’acqua, anche se tuttavia non è ancora chiaro se questo processo sia già economicamente competitivo nei confronti della produzione classica da fonti fossili. Gunther Glenk & Stefan Reichelstein hanno affrontato la questione in un articolo pubblicato sulla rivista Nature in questo articolo. Nelle conclusioni del loro lavoro si legge che “al momento l’idrogeno ottenuto da eolico è concorrenziale con quello da produzione classica solo in alcuni contesti, ma potrebbe diventarlo più diffusamente in un futuro molto prossimo”.

Un ulteriore stimolo a questo settore arriva ancora dalla Germania, che lo scorso febbraio ha annunciato un progetto di un impianto Power-To-Gas (PTG) da 100 MW, che produce idrogeno da elettrolisi e vedrà la luce nel 2023. L’impianto sarà alimentato dall’elettricità dei parchi eolici offshore nel Mare del Nord.

Lo sviluppo crescente del PTG anche su scala relativamente larga, dimostra la straordinaria flessibilità dell’idrogeno, specie nell’ambito di un accoppiamento tra settori energetici diversi. L’H2 prodotto con l’elettricità infatti, può essere utilizzato in varie applicazioni che spaziano dal trasporto, al riscaldamento ed anche ai processi chimici industriali (syngas, processi di reforming, produzione di metanolo ecc.).

Altro campo d’applicazione dell’idrogeno è lo storage per impianti energetici da Rinnovabili, che pure è in continuo sviluppo: Chuancheng Duan e Ryan O’Hayre hanno presentato un nuovo tipo di cella elettrochimica reversibile ad alta efficienza Reversible Protonic Ceramic Electrochemical Cell (RPCEC), che permette l’interconversione di elettricità ed idrogeno in un singolo dispositivo e raggiunge una resa della trasformazione elettricità-idrogeno-elettricità (round-trip efficiency) maggiore del 75%.

Il sistema è in grado di funzionare producendo idrogeno in fase di carica (modalità elettrolisi), successivamente riconvertendolo in elettricità in fase di scarica (modalità cella a combustibile). Questa soluzione potrebbe risultare particolarmente utile di fronte a necessità crescenti di accumulo stagionale o giornaliero in un sistema energetico in via di decarbonizzazione e sempre più dipendente da fonti rinnovabili, i cui limiti principali come noto sono la loro intermittenza ed il conseguente squilibrio tra offerta della rete e domanda dei carichi.

L’utilizzo dell’idrogeno come buffering per coprire i picchi di offerta di elettricità da rinnovabile è già una realtà in varie parti del Mondo. Lo scorso anno, l’arcipelago scozzese delle Orcadi è diventato il primo luogo al Mondo a produrre idrogeno usando l’energia dalle maree. L’arcipelago produceva più elettricità di quella che poteva consumare, principalmente grazie a parchi eolici onshore ed impianti di energia mareomotrice. La soluzione? Una cella elettrolitica da 0.5 MW che produce H2 sfruttando l’elettricità in eccesso nei periodi in cui il profilo dell’offerta della rete supera la domanda. L’idrogeno compresso – una volta stoccato – viene trasportato alle altre isole dell’arcipelago ed utilizzato come combustibile per Fuel Cell, secondo necessità.

Al netto del peso ridotto delle soluzioni citate in Germania e Scozia rispetto all’intero fabbisogno energetico europeo, questo genere di progetti sono di fondamentale importanza per dimostrare da un lato l’enorme flessibilità e dall’altro l’assoluta sostenibilità sia economica che energetica dell’idrogeno come vettore energetico nel presente ed in un futuro prossimo.

L’idrogeno offre opportunità uniche per tagliare drasticamente le emissioni in sistemi energetici difficili da decarbonizzare altrimenti, lavorando in sinergia con le risorse rinnovabili. Risulta chiaro che – benché alcuni finanziamenti siano già attivi in alcune parti del Mondo – per sfruttare appieno l’enorme potenziale dell’idrogeno sarà necessario che i Governi ed i policy makers prendano in più seria considerazione questa soluzione sia in termini economici che tecnici, creando un contesto che sostenga concretamente lo sviluppo di questo settore.

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