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Notiziario Marketpress di
Lunedì 04 Aprile 2005
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COME SI RICAVA L'IDROGENO |
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Milano, 4 aprile 2005 - L'idrogeno può essere ricavato in diversi modi e per mezzo di vari processi, cruciali per il bilancio ecologico complessivo di questo elemento come carburante. I processi finora utilizzati più frequentemente si servono di fonti fossili di energia primaria:* Reforming di gas naturale, di gas liquido e di nafta;* Ossidazione parziale di olio pesante;* Gassificazione del carbone;* Pirolisi di carbone;* Reforming di benzina.Nessuno di questi processi offre un'alternativa sostenibile a lungo termine: in primo luogo, essi sono basati su materie prime e fonti di energia non rinnovabili; in secondo luogo, sostanze indesiderate, come l'anidride carbonica, vengono rilasciate durante questi processi. Lavorando per conto della Unione Europea e del Governo Federale Tedesco, i ricercatori stanno esaminando le opzioni per la cosiddetta abolizione del Co2. È il processo di separazione e di conservazione di questo gas, per esempio, nel ricavare l'idrogeno dal gas naturale. Per lo stoccaggio a lungo termine, l'anidride carbonica viene pompata in quelli che erano stati depositi, ora vuoti, di petrolio, di gas naturale o di carbone. Un ulteriore punto che viene dibattuto, criticamente, è l'opzione di depositare tale anidride carbonica in fondo al mare. Semplice, efficace, pulita: ('elettrolisi L'elettrolisi è il metodo più promettente per ottenere idrogeno, utilizzando energia elettrica per ricavare idrogeno dall'acqua in quantità virtualmente illimitate. Il principio applicato in questo caso è semplice e lineare: due elettrodi immersi in un bagno d'acqua vengono sottoposti ad un flusso diretto di corrente. Gli ioni di idrogeno caricati positivamente (cationi) confluiscono, in questo processo, intorno al catodo negativo. Gli ioni di ossigeno (anioni) vanno verso l'anodo positivo. Il gas idrogeno generato in questo processo viene trattenuto, così come, quando serve, l'ossigeno gassoso. Anche qui, possiamo vedere che il processo può avvenire in varie maniere:* con ('elettrolisi alcalina;* con ('elettrolisi a membrana;* con ('elettrolisi alcalina ad alta pressione;* con ('elettrolisi alcalina a temperatura elevata.Tra questi processi, quello molto sviluppato di elettrolisi alcalina è attualmente il metodo di produzione più economico e compatibile con l'ambiente. Tuttavia, ('elettrolisi ha senso in termini ecologici soltanto se l'elettricità usata per la fissione dell'acqua viene ottenuta da fonti rinnovabili di energia primaria. Gratis e senza limiti: l'energia solare La generazione su larga scala di elettricità ottenuta da energia solare, utilizzando, diciamo, l'energia solare per produrre idrogeno, è un fattore chiave nella ricerca di una soluzione globale per il futuro. Il sole offre il maggiore potenziale energetico rinnovabile, poiché trasmette tanta energia alla Terra in un'ora quanta il genere umano ne consuma in un anno intero. L'energia solare a nostra disposizione ogni anno ammonta a circa 1,1 miliardi di terawatt/ora (Twh), circa 10 mila volte l'attuale consumo annuale di corrente da parte di tutti gli abitanti della Terra.un modo per convertire questa energia in energia elettrica si realizza attraverso l'uso di celle solari che generano elettricità direttamente nel processo di conversione. Per verificare questi scenari, il Gruppo Bmw ha giocato un ruolo attivo fin dall'inizio nel Progetto solare/idrogeno nella piccola città bavarese di Neunburg vorm Wald dove, in collaborazione con altre società, i ricercatori hanno esaminato la produzione fotovoltaica di idrogeno e il suo utilizzo per vari scopi.A giudicare dallo stato attuale delle cose, le centrali elettriche solari con specchi parabolici sono anche più interessanti in termini economici degli impianti di conversione fotovoltaici. Il processo utilizzato in questo caso prevede il riscaldamento di olio pompato in un tubo ad una temperatura di oltre 400°C nel punto focale degli specchi. Questo olio bollente serve quindi per far evaporare acqua in uno scambiatore di calore ed il vapore generato in tal modo viene usato successivamente per far funzionare una turbina a vapore per la produzione di energia elettrica. Impianti termici/solari di questo genere sono già in funzione nel deserto del Mojave in California, dove, tra le altre cose, le centrali di Kramer Junction e di Harper Lake generano elettricità da energia solare, compatibile con l'ambiente, che può essere usata anche per produrre idrogeno.Qui, nella più grande centrale energetica solare del mondo, 2,3 milioni di metri quadrati di specchi generano 354 megawatt di elettricità, abbastanza energia per circa 200 mila abitanti in California. Ciò significa che, durante il ciclo di vita di questo impianto, la centrale previene l'emissione di 18 milioni di tonnellate di Co2 nell'atmosfera, cosa che awerrebbe con un impianto a combustibili fossili.Le zone intorno al 40° grado di latitudine sono molto indicate per impianti solari. Ma anche in Europa impianti solari-termici sembrano avere un potenziale di circa 1.400 terawatt/ora (Twh), pari alla produzione di quasi quattro milioni delle centrali ad energia solare in California, sopra menzionate. Anche la tecnologia fotovoltaica potrebbe generare 600 Twh. Rimane comunque il fatto che, almeno a medio termine, quella eolica offre le più grandi riserve di energia in Europa non ancora sfruttate, ammontando a 1.800 Twh offshore e 350 Twh sulla terraferma. Attualmente, circa 60 Twh di energia elettrica sono generati da impianti eolici in Europa, equivalenti al 2,4 percento del totale fabbisogno di elettricità.Anche materie prime di origine vegetale possono essere usate per produrre l'idrogeno al posto di composti di carbon fossile. Usando biomasse come fonte di energia per produrre l'idrogeno, i processi impiegati sono unici per due motivi: in primo luogo, essi costituiscono l'unica opzione per produrre idrogeno direttamente da una fonte rinnovabile di energia primaria. In secondo luogo, le biomasse sono generalmente ritenute quasi neutre per quanto riguarda l'anidride carbonica, dato che, mediante la fotosintesi, le piante assorbono lo stesso quantitativo di Co2 dall'aria che emettono al momento di essere utilizzate nel processo.L'idrogeno può essere ricavato da biomassee o per gassificazione o per fermentazione, oppure mediante altri processi biologici. Per ragioni ecologiche, numerosi esperti sostengono che si dovrebbe ricavare l'idrogeno soltanto da biomasse di scarto e non da piante vive. Chiaramente, questo da solo pone limiti stringenti alla disponibilità di biomassa realmente adatta a tale scopo.Studi condotti nell'ambito del Tes (Strategia dell'energia per i trasporti) riferiscono che, in Europa, l'idrogeno ricavato da biomasse ha il potenziale per sostituire circa il 30% dell'ammontare totale dei carburanti prodotti con processi convenzionali. L'assunto in questo caso è che tutte le biomasse disponibili, compresa la coltivazione di piante specifiche per l'energia, vengono usate esclusivamente per la produzione di carburanti per i trasporti su strada. Ma, poiché le biomasse vengono anche usate per scopi statici nella produzione di elettricità e di calore, il loro potenziale di sostituzione è di circa il 15%. In altre parole, le biomasse possono dare un contributo alla riduzione delle emissioni di Co2, ma sono ben lontane dal poter soddisfare le attuali necessità energetiche.4. Infrastrutture:come viene stoccato e distribuito l'idrogenoA differenza dell'energia elettrica, l'idrogeno può anche essere immagazzinato in grandi quantità, generalmente in forma gassosa o liquida. Ciò consente l'utilizzo di elettricità generata da energia solare, idrica o eolica per la fissione dell'idrogeno e, per quanto non sia ancora una pratica comune, di stoccare successivamente l'idrogeno così ricavato. Quantitativi considerevoli di idrogeno vengono stoccati nei cosiddetti gasometri, mentre quantitativi di entità media sono tenuti nella forma gassosa in serbatoi speciali ad una pressione di circa 30 bar. Quantità piccole, invece, possono essere riversate in bombole, di acciaio o di materiali compositi rinforzati con fibre di carbonio, ad una pressione di 400 bar. Nuovi sistemi di serbatoi in grado di resistere a pressioni fino ai 700 bar sono attualmente allo studio.L'idrogeno può essere immagazzinato nella forma liquida ad una temperatura di -253°C. Siccome questo tipo di stoccaggio, a differenza di quello dell'idrogeno in forma gassosa a 700 bar, offre una densità di energia per unità di volume superiore del 178%, in più, la Bmw incoraggia l'utilizzo di idrogeno liquido per i veicoli: più energia si riesce a trasportare in un serbatoio di una data capacità, maggiore sarà l'autonomia del veicolo. Per ottenere la stessa densità di energia dell'idrogeno liquido, l'idrogeno gassoso dovrebbe essere compresso e conservato ad una pressione di 1.250 bar.Un'ulteriore opzione è quella di immagazzinare l'idrogeno nei cosiddetti serbatoi ibridi, dove l'idrogeno viene tenuto sotto pressione in polvere metallica e quindi rilasciato di nuovo, quando serve, per mezzo dell'infusione di calore. Serbatoi ibridi sono in grado di erogare circa il 2 percento del loro peso in idrogeno, quantità insufficiente per l'uso in un veicolo a motore.Un'altra opzione ancora allo studio è l'immagazzinamento dell'idrogeno in strutture di nano-fibre o alanates (= composti chimici dell'idrogeno). Nel caso queste tecnologie si rivelassero attuabili, aprirebbero nuove prospettive per la conservazione dell'idrogeno. Trasporto per mezzo di pipeline, navi e camion —pratica già diffusa oggi esistono già reti di gasdotti in regioni ad elevata concentrazione di impianti chimici e società per il trasporto a lunga distanza di idrogeno gassoso. In linea di principio, i gasdotti per gas naturali sono anche utilizzabili per questo scopo,purché soddisfino i specifici requisiti come, ad esempio, saldature a prova di perdite. Questo è il caso della maggior parte della rete di gasdotti in Europa. L'idrogeno è anche ben conosciuto nell'utilizzo urbano: il gas di città usato nel passato era un gas di sintesi composto per il 50 percento di idrogeno. In molte città, questo gas è stato utilizzato per scopi come l'illuminazione stradale fino alla seconda metà del secolo scorso.Il trasporto intercontinentale dell'idrogeno è anche una procedura di routine al giorno d'oggi, adottando soluzioni tecniche già largamente in uso. E, poiché l'idrogeno liquido occupa soltanto circa un decimo del volume del gas compresso a 30 bar, le navi ed i camion sono già in grado di trasportare idrogeno allo stato criogenico. Come nel caso dell'azoto, dell'ossigeno e dell'argon, i sistemi di serbatoi usati in questo caso sono realizzati con doppio rivestimento e isolati sotto vuoto.Questi impianti permettono un trasporto efficiente dell'idrogeno dal luogo di produzione fino all'automobile: subito dopo essere stato prodotto, il gas viene raffreddato ad una temperatura di -253°C. Quindi, navi e autocisterne trasportano l'idrogeno, allo stato liquido, alle stazioni di rifornimento, dove viene di nuovo stoccato in forma criogenica. Poi, alla pompa stessa, l'idrogeno viene riversato nel serbatoio della vettura in forma liquida o, dopo essere stato portato a temperature superiori, viene pompato nel serbatoio pressurizzato alla pressione richiesta. Entrambi questi procedimenti possono essere impiegati presso la stazione di rifornimento stessa, il che significa che i distributori del futuro potranno offrire all'automobilista non soltanto benzina o gasolio ma anche idrogeno gassoso o liquido.
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