Siamo abituati a considerare l’idrogeno come un vettore energetico poichè necessita di essere separato da altri elementi per poter essere utilizzato, ma se avessimo a disposizione giacimenti di idrogeno libero?
Siamo abituati a considerare l’idrogeno come un vettore energetico poichè non si trova in natura allo stato libero ma necessita di essere separato da altri elementi per poter essere poi utilizzato in fuel cell o combustione.
Siccome per scinderlo bisogna per forza utilizzare energia, di fatto l’idrogeno può essere visto come un accumulatore energetico che mantiene l’energia fornita finché non la utilizziamo in qualche reazione per fargli effettuare un lavoro.
Il problema è che tutti i metodi attualmente utilizzati per ottenere idrogeno sono ad oggi poco efficienti e spesso inquinanti.
Sia la via di scissione elettrolitica dall’acqua (efficienza circa 70%) che quella più inquinante da reforming di derivati petroliferi (efficienza circa 75%), non consentono elevate efficienze che inoltre sono nettamente inferiori all’utilizzo diretto come energia elettrica (efficienza circa 95%).
Ma gli equilibri potrebbero cambiare se avessimo a disposizione giacimenti di idrogeno libero?
L’IDROGENO ORO
Nel cammino verso un utilizzo di energia esclusivamente verde e senza utilizzo di combustibili fossili, l’idrogeno può effettivamente coprire delle nicchie interessanti dove l’elettrificazione è difficoltosa o impossibile con le tecnologie degli accumulatori esistenti.
Pensate ad esempio a realtà fortemente energivore come acciaierie, cementifici, veicoli pesanti, aeronautica.
Per queste realtà, soprattutto nei prossimi decenni, riuscire ad avere un’alternativa ecologica valida sotto il profilo energetico ed economico rispetto a petrolio e carbone, può essere l’unico modo per svoltare concretamente verso l’abbandono completo dei fossili.
Ed ecco che l’esistenza di giacimenti di idrogeno renderebbe più vicino, sia per costi che per efficienze, il realizzarsi di questo passaggio.
Ma esistono davvero?
Fino a pochi anni fa si pensava di no. L’idrogeno è una molecola piccolissima, passa pure attraverso l’acciaio e i metalli rendendoli nel frattempo fragili o comunque intaccando le loro proprietà, proprio poichè entra, come acqua in una spugna, nella geometria delle strutture cristalline metalliche e le frattura, le attraversa e torna in libertà.
Per cui pensare che in natura ci siano dei contenitori capaci di accumulare un eventuale afflusso di idrogeno sembra davvero fantasioso.
Ma forse, come spesso accade, sottovalutiamo la complessità del mondo… ed ecco che nel 2012 in Mali, dopo un incidente causato da un esplosione di un gas inodore e incolore, si scopre di fatto il primo giacimento naturale di idrogeno. Questa nuova forma di idrogeno libero naturale viene chiamata “Idrogeno Oro”.
L’arcobaleno dell’idrogeno
Prima di capire come sia possibile trovare in natura idrogeno libero, vi riassumo, nella tabella seguente, le tipologie di produzione di idrogeno, i loro nomi e la sostenibilità ambientale di ognuno riassunta come numero crescente da 1 a 10.
La produzione naturale dell’idrogeno
Da quanto si è compreso nell’ultimo decennio (anche grazie a studi e dati precedenti), in natura l’idrogeno si può ottenere con questi 2 processi principali:
- Scissione per radioattività: Tracce di elementi radioattivi nelle rocce sotterranee possono scindere l’acqua. E’ un processo lento ma continuo legato solo ad antichi giacimenti rocciosi;
- Serpentinizzazione: Ad alte temperature l’acqua reagisce con rocce ricche di ferro creando idrogeno. La reazione, veloce e rinnovabile, sembra essere il metodo a maggior produzione naturale.
L’idrogeno così ottenuto, nella maggior parte dei casi viene “perso” sia nell’ambiente naturale, viaggiando rapidamente attraverso faglie e fratture e quindi disperdendosi velocemente, sia per l’azione dei microbi che consumano idrogeno per produrre energia, spesso producendo metano.
Per avere un accumulo di idrogeno abbiamo invece bisogno di un serbatoio naturale che deve essere composto da strati di rocce porose profonde sovrastate da accumuli di sale o da altre rocce fortemente impermeabili associate a strati argillosi.
In questo modo l’idrogeno si accumula nelle rocce porose e non riesce a scappare in quantità significative grazie al “cappello” impermeabile. Andando quindi a perforare e creare un’uscita controllata, si può realizzare una captazione di idrogeno naturale come accade per petrolio e metano (figura1) Essendo la reazione di scissione di idrogeno abbastanza veloce nelle rocce ricche di ferro, la produzione potrebbe essere stimolata pompando acqua per creare un ciclo di produzione rinnovabile. Inoltre l’aggiunta in acqua di anidride carbonica la sequestrerebbe dall’atmosfera, rallentando il cambiamento climatico.
Facciamo 2 conti
Ammesso che si riescano a sfruttare concretamente alcuni giacimenti di idrogeno, questo ci porterebbe davvero verso una società a idrogeno?
Intanto bisognerà vedere quanti di questi giacimenti si riusciranno a trovare e a sfruttare realmente. L’idrogeno è inodore e incolore e trovarlo non è assolutamente semplice come per il petrolio. Attualmente si stanno investendo discrete cifre nella ricerca ma non è detto che diano i frutti sperati.
Ma anche pensando che i numeri, nel giro di qualche anno, diventino significativi, la filiera dell’idrogeno rimane sempre molto costosa, pericolosa e inefficiente.
Infatti bisogna pensare che l’energia contenuta in 1 metrocubo di idrogeno a temperatura ambiente è appena un terzo di quella del metano e che fra compressione, raffreddamento e trasporto alla fine di energia disponibile ne ricaviamo veramente poca.
In numeri l’idrogeno contiene circa 141MJ/kg [1]1 e i passaggi obbligatori per renderlo disponibile ne consumano almeno 50MJ/kg. Ne consegue che l’efficienza totale è circa il 65%[2]2
A questo punto l’idrogeno può essere utilizzato in fuel cell o nella combustione in entrambi i casi con un’efficienza di circa il 40% Per tanto, alla fine di tutti i passaggi, l’efficienza alla ruota sarà solo di circa il 25% utilizzando idrogeno verde e del 36% partendo da idrogeno oro (vedi figura 2). Numeri che, confrontati con la filiera elettrica, lasciano senza dubbi sulla virtuosità del sistema elettrico.
Questo articolo ha come scopo principale quello di condividere le giuste informazioni scientifiche affinché quando a breve, di sicuro accadrà, alcune fonti vi cercheranno di convincere che la filiera dell’idrogeno è la migliore per abbandonare il sistema fossile… beh abbiate dei numeri, che potete verificare su fonti autorevoli, che vi facciano riflettere e ragionare su quanta energia andremmo a perdere e in che sistema complesso e pericoloso ancora una volta ci vogliono rinchiudere. La filiera dell’idrogeno, a parte delle nicchie dove risulta intelligente utilizzarlo, è un sistema che richiede grandi infrastrutture, grossi investimenti e tantissimi sistemi di sicurezza. Quindi una realtà che rimarrà sotto il controllo di grandi multinazionali che lasceranno nel dimenticatoio la convenienza termodinamica per mettere al primo posto la convenienza economica.
Roy Virgilio
