Il tema della mobilità sostenibile è sempre più caldo ma l’elettrico non è il solo tipo di alimentazione che si sta facendo strada negli ultimi anni: parliamo della tecnologia per produrre l’idrogeno, un processo chimico molto utile nella lotta alle conseguenze del cambiamento climatico.
La tecnologia per la produzione di idrogeno come alimentazione per la mobilità sostenibile sta prendendo sempre più piede e sono sempre di più i mezzi di trasporto alimentati a idrogeno.
I primi modelli di automobili, treni e autobus sono già in circolazione e, proprio quest’estate, Parigi ha ricevuto da Stellantis, in collaborazione con Hype, una flotta di 50 taxi alimentati a idrogeno.
Al via anche un progetto di motori a idrogeno per i mezzi pesanti dal nome H2Accelerate per ridurre notevolmente le emissioni di anidride carbonica anche nel settore del trasporto merci.
Cosa sono gli elettrolizzatori e come funzionano
L’idrogeno si ottiene attraverso l’elettrolisi e per la sua produzione sono utilizzati degli elettrolizzatori.
L’elettrolizzatore, o cella elettrolitica, è un dispositivo elettrochimico composto da un elettrolita e una membrana, utilizzato per realizzare l’elettrolisi, cioè la scissione della molecola d’acqua, per mezzo di energia elettrica, dei suoi componenti base idrogeno e ossigeno.
L’idrogeno gassoso può essere immagazzinato sia come gas compresso sia come liquefatto e può essere utilizzato per molti processi industriali, come la produzione di fertilizzanti, e come alimentazione per i motori. L’ossigeno invece può essere o liberato nell’aria oppure, a sua volta, immagazzinato ed utilizzato in altri processi industriali.
Gli impianti di produzione sono composti da un certo numero di elettrolizzatori, circuiti idraulici e serbatoi per la raccolta dei componenti, e possono essere sia piccoli impianti per la produzione sul posto sia impianti centralizzati su larga scala e collegati a condutture per il trasporto.
Attualmente per ottenere 1 kg di idrogeno occorrono circa 55 kWh, per il futuro si potrebbe arrivare a 45 kWh per la stessa produzione.
Uno dei grandi vantaggi dell’idrogeno, oltre al fatto di non produrre scarti inquinanti, è che possiede una grande densità energetica e 1 kg contiene l’energia di circa 2 kg di gas naturale o di quasi 3 kg di benzina.
Le tecnologie disponibili e i diversi tipi di idrogeno
Una delle grandi applicazioni dell’idrogeno è come combustibile per i veicoli attraverso l’utilizzo delle celle a combustibile.
Le celle a combustibile sono dei dispositivi in grado di generare elettricità a zero emissioni: combinando idrogeno e aria insieme ad un catalizzatore possono azionare un motore elettrico producendo come scarto unicamente vapore acqueo.
Si tratta di una tecnologia ancora poco diffusa e complessa che incontra diverse difficoltà come l’immagazzinamento, la costruzione degli impianti e l’utilizzo di fonti sostenibili per la generazione dell’energia elettrica necessaria per effettuare il processo chimico.
I diversi tipi di elettrolizzatori
Le tecnologie disponibili per la realizzazione dell’elettrolisi sono quattro, ognuna con caratteristiche e complessità diverse. Alcune sono già molto utilizzate da tempo mentre altre necessitano di investimenti e studio per essere applicate su larga scala:
- Alkaline ELectrolyser (AEL) con elettrolizzatori alcalini: ad oggi la tecnologia più diffusa ed economica, presenta una scarsa flessibilità ma ha una capacità produttiva stabile.
- Proton Exchange Membrane (PEM), membrana a scambio protonico: più flessibile ed affidabile della prima, presenta costi più elevati per l’impianto.
- Anion Exchange Membrane (AEM) con membrana a scambio anionico: tecnologia ancora poco diffusa, presenta costi più ridotti per i materiali utilizzati. Potrebbe essere ampiamente utilizzata per la produzione decentralizzata e per la relativa distribuzione.
- Solid Oxide Electrolier Cell (SOEC) con elettrolizzatori agli ossidi solidi: ancora in fase di sperimentazione con alcuni prototipi ma con un ipotetico sviluppo elevato, presenta ad oggi costi elevati per l’impianto.
I diversi tipi di idrogeno
Ci sono diversi tipi di idrogeno a seconda della fonte energetica utilizzata e gli sforzi si stanno concentrando sulla riduzione di emissione di anidride carbonica nell’atmosfera.
Ecco una classificazione in base alle fonti utilizzate:
- Nero: l’energia elettrica utilizzata viene prodotta da una centrale a carbone o a petrolio ed è quindi un processo altamente inquinante;
- Grigio: costituisce circa il 90% dell’idrogeno prodotto oggi, l’idrogeno è ottenuto dallo scarto produttivo di una reazione chimica oppure come derivato dal metano o altri idrocarburi;
- Blu: l’energia elettrica utilizzata viene sempre prodotta da combustili fossili ma la CO₂ generata viene immagazzinata senza dispersione nell’aria;
- Viola: l’energia elettrica utilizzata viene prodotta da una centrale nucleare senza emissioni di CO₂;
- Verde: l’energia elettrica utilizzata proviene da una centrale alimentata da fonti di energia rinnovabili (idroelettrica, solare o fotovoltaica).
La produzione di idrogeno utilizzando delle fonti ecologiche, il cosiddetto idrogeno verde, è al centro di molti investimenti e interessi economici per la decarbonizzazione dei processi produttivi e lo sviluppo della mobilità sostenibile, o green mobility.
Elettrolizzatori e sostenibilità ambientale
Al momento le tecnologie non sono molto ben sviluppate e la produzione dell’idrogeno è limitata ma, grazie agli investimenti, i costi degli impianti stanno diminuendo e la produzione degli elettrolizzatori su scala industriale li sta rendendo più economici.
Il vantaggio notevole dell’utilizzo degli elettrolizzatori è la totale assenza di emissioni nocive per l’ambiente e la loro commercializzazione renderebbe l’idrogeno disponibile in tempi brevi.
Questo aspetto sta smuovendo gli interessi della finanza etica, cioè di quella parte della finanza attenta ai fattori ambientali, sociali e di governance come, ad esempio, il settore per lo sviluppo delle mobilità sostenibile.
La tecnologia dei motori elettrici è molto più avanti come sviluppo, più diffusa, e le automobili elettriche hanno dei costi più accessibili, ma, come abbiamo visto, anche i motori a idrogeno stanno riscuotendo sempre più successo e diffusione.
