Thread by @f_ronchetti

1/ Si sente spesso parlare di idrogeno come possibile sostituto dei combustibili fossili verso la transizione ecologica e la decarbonizzazione. Nel #PNRR si parla di promuovere e sviluppare la filiera dell'idrogeno.
È la strada giusta? 👇👇👇

2/ L’idrogeno (H) è l’elemento più semplice e più comune in natura. Come tutti sanno, un atomo di ossigeno e due atomi di idrogeno si legano saldamente per formare la molecola dell’acqua dandole le sue peculiari proprietà.

3/ La reazione chimica che lega l’idrogeno all’ossigeno rilascia una grande quantità di energia proprio perché la molecola d’acqua (stato finale) è molto stabile. L’idrogeno è quindi altamente infiammabile.

4/ L’idrogeno può essere bruciato in due modi: in modo esplosivo controllato (combustione interna) o per mezzo di una cella a combustibile. Un veicolo a idrogeno utilizza uno di questi due modi per generare la potenza necessaria al trasporto.

5/ I motori a reazione dei razzi usati per i lanci spaziali sono un esempio di motore a idrogeno a combustione interna. La NASA usava motori per idrogeno mettere in orbita gli Space Shuttle.

6/ Per la mobilità tradizionale (automobili, camion, treni) un motore a reazione però non è particolarmente adatto. In questi casi si punta sulla cella a combustibile ossia una reazione elettrochimica tra le molecole H2 e O2.

7/ Nella cella a combustibile idrogeno (H2) e ossigeno (O2) vengono fatti reagire lentamente producendo acqua (H2O, uno scarto in questo caso) ed energia elettrica, che trasformata in energia meccanica fornisce la potenza per il trasporto.

8/ Esistono già diversi veicoli che funzionano a idrogeno, in diverse forme e con diversi costi. L’idea sembra promettente, e varie aziende automobilistiche hanno investito nello lo sviluppo di automobili alimentate a idrogeno.

9/ Ma le celle a combustibile sono fragili e costose e occorre ancora molta ricerca per renderle più economiche e resistenti agli urti e alle vibrazioni che potrebbero subire in strada: fughe di idrogeno sono estremante pericolose.

10/ Si possono utilizzare metalli rari (come il platino) come catalizzatori, innalzando efficienza a scapito del costo e della capacità di produzione. Sembra promettete l’uso di nikel-stagno che però porrebbe più problemi di smaltimento.

11/ Un altro problema delle celle combustibile a idrogeno è il congelamento. Il vapore acqueo prodotto internamente alla cella congela a temperature inferiori agli zero gradi Celsius, impedendo al motore di accendersi.

12/ Inoltre, l’aumento di volume dovuto al congelamento dell’acqua spaccherebbe la cella ma, dopo la partenza, il calore generato dal motore stesso mantiene il vapore acqueo allo stato gassoso.

13/ L’idrogeno poi non è presente in natura in forma libera come i combustibili fossili che utilizziamo al momento. Va prodotto e trasportato attraverso complesse infrastrutture per renderlo accessibile alla popolazione.

14/ Quindi il costo (in termini di CO2) di produzione e di trasporto dell'idrogeno va tenuto in considerazione nel bilancio dei gas serra e delle emissioni inquinanti per i sistemi di auto-trazione basati sull’idrogeno.

15/ Il motore a idrogeno stesso non produce CO2 o altri gas inquinanti (tossici) ma alcuni processi produzione dell’idrogeno emettono allo stato attuale più CO2 e gas inquinanti di quanto non facciano le automobili a idrocarburi.

16/ Circa l'88% dell’idrogeno è ottenuto da processi di reforming, che utilizzano combustibili fossili (idrogeno “nero”). Circa il 40% è prodotto da reforming del metano (CH4) che libera in atmosfera 9 kg di CO2 per 1 kg di H2 prodotto.

17/ Se l’anidride carbonica, invece di essere liberata in atmosfera, viene catturata e reimmessa stabilmente nel giacimento da cui si estrae il metano (se ne riesce a catturare circa il 90%), allora l’idrogeno viene definito “blu”.

18/ L’idrogeno “verde” e “viola” sono entrambi ricavati dall'elettrolisi dell’acqua, nel primo caso alimentando gli impianti con energia rinnovabile, nel secondo con energia nucleare.

19/ Perciò idrogeno verde e viola sono completamente de-carbonizzati (cioè per la loro produzione non viene immessa in atmosfera anidride carbonica), mentre l'idrogeno blu lo è al 90%.

20/ Attualmente il 40% dell’idrogeno prodotto proviene dal metano (processo STM, Steam Methane Recovery), il 30% da idrocarburi (benzina), il 18% dal carbone (tramite gassificazione) e solo circa il 4% per cento da elettrolisi dell’acqua.

21/ Il costo di produzione di H2 nero da combustibili fossili è circa 1,25-2,5 $/kg, con notevole produzione di CO2 (da valutare come costo) ma risulta nettamente più conveniente rispetto a H2 da rinnovabili, valutato (Germania) intorno a 7-8 euro/kg.

22/ Dato il basso peso specifico, servono più di 3 m3 di idrogeno per avere la stessa energia di un m3 di metano quindi le tecnologie per il trasporto, la conservazione e la compressione dell’idrogeno sono ancora inefficienti e inquinanti.

23/ Esiste un problema ulteriore nell’utilizzo generalizzato di idrogeno come combustibile. Anche se avessimo un modo economico per produrre e trasportare idrogeno pulito (non-nero), l’emissione di vapore acqueo nella reazione tra H2 e O2 è ineliminabile.

24/ Sulla Terra il vapore acqueo è responsabile (almeno) del 70% dell’effetto serra. Quindi l’immissione in atmosfera di enormi quantità di vapore acqueo, seppur non inquinante nel senso di non-tossico, porrebbe problemi non banali per il riscaldamento globale.

25/ Come sempre accade e specialmente quando di parla di tematiche che implicano l’interazione tra sistemi iper-complessi (economia e ambiente) non ci sono soluzioni semplici e sacri Graal. Per questo occorre spingere la ricerca al massimo grado e ragionare senza preconcetti.