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Transizione energetica. A proposito di idrogeno (parte prima)— Energy transition. About hydrogen (Part one)

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Tempo di lettura: 5 minuti
di emigrazione e di matrimoni

Transizione energetica. A proposito di idrogeno (parte prima)

di Marco Andreozzi

È da qualche tempo che si è tornati a parlare molto dell’idrogeno come l’elemento chimico panacea per la transizione energetica auspicabile secondo criteri di sostenibilità ambientale, tanto che la settimana scorsa a Piacenza si è tenuta la prima fiera italiana di settore. L’interesse è stato sicuramente rafforzato dall’invasione dell’Ucraina e dall’approccio ricattatorio del regime russo nei confronti dell’Europa rispetto alla vendita del metano. E’ un ricorso storico che ci riporta tra la fine degli anni novanta e i primi del nuovo millennio, quando la moda ‘verde’ proponeva l’avvento prossimo di una nuova economia basata sull’idrogeno, appunto. Ovviamente impossibile per la situazione tecnologica dei tempi, oggi la progressiva sostituzione dell’impiego dei ‘composti organici di carbonio e idrogeno’ (idrocarburi) con il ‘generatore di acqua’ (idrogeno, appunto) sembra un’ipotesi viabile di futuro prossimo, sia come fonte di riscaldamento che come nella trazione automobilistica e navale, attraverso le cosiddette celle combustibili.

Caratteristica dell’idrogeno è quella di non essere un combustibile primario, bensì bisogna produrlo a partire da altro. Questa è la prima problematica e vi sono due tipiche modalità di produzione. Una consiste nel far reagire un idrocarburo – tipicamente il metano, con il quale oggi si produce quasi la metà dell’idrogeno – con vapore in presenza di catalizzatori, il che implica l’impiego di combustibili fossili. L’altro, per il momento più costoso, è l’elettrolisi dell’acqua, modalità interessante allorché l’energia elettrica necessaria alla reazione elettrolitica sia di tipo rinnovabile o di origine nucleare. La singolarità sta proprio nella termodinamica, infatti il contenuto energetico dell’idrogeno prodotto risulta comunque inferiore all’energia spesa per produrlo e sembra apparentemente illogico. Questo è peraltro l’argomento che gli ‘ambientalisti’ di oggi utilizzano per avversare ciò che vent’anni fa esaltavano, sicché l’auto elettrica è diventato il nuovo credo ‘verde’. Il punto è che si tende a trascurare o sottovalutare tutto ciò di pesantemente inquinante e climalterante che sta a monte della filiera delle odierne batterie agli ioni di litio, unitamente ad aprire nuove dipendenze dall’estero (come già scritto in precedenti articoli).

L’idrogeno ha invece un suo perché sia a causa degli sviluppi tecnologici più recenti e volti a rendere la produzione ‘verde’ (elettrolitica) progressivamente molto meno cara, sia per un altro problema inerente gli accumulatori ricaricabili agli ioni di litio, ovvero i bassi valori di energia specifica e densità energetica. In soldoni, i pacchi-batteria occupano molto molto spazio ed aggiungono tangibili aumenti di peso per essere sufficienti a garantire chilometraggi accettabili. In particolare il rango di energia specifica va da 0,36 a 0,875 MJ/kg. contro gli oltre 40 MJ/kg. (mega-Joule/kg) di benzina e gasolio, gli oltre 50 MJ/kg. del gas naturale liquefatto (gnl) e i circa 130 MJ/kg. dell’idrogeno. Per quanto riguarda la densità energetica, andiamo da 0,9 a 2,43 MJ/L (litro) contro gli oltre 30 MJ/L dei combustibili petroliferi, gli oltre 20 MJ/L del gnl e i circa 9 MJ/L dell’idrogeno compresso. Nello specifico esempio dei pesanti autocarri della logistica industriale con necessità di compiere lunghi tragitti, la propulsione a idrogeno compresso a 700 atm può risultare decisamente migliore rispetto alle batterie agli ioni di litio. Circa il riscaldamento, l’attuale rete gas può trasportare anche l’idrogeno che le caldaie di ultima generazione possono bruciare in mix al 20% con il metano (100% di prossima uscita).

Energy transition. About hydrogen (Part one)

by Marco Andreozzi

There has been some time with much talk of hydrogen as the panacea chemical element for the desirable energy transition according to environmental sustainability criteria, so much so that last week in Piacenza the first Italian trade fair for the sector was held. The interest was certainly strengthened by the invasion of Ukraine and the blackmailing approach of the Russian regime towards Europe regarding the sale of methane. It is a historical appeal that takes us back to the end of the nineties and the beginning of the new millennium, when the ‘green’ fashion proposed the imminent advent of a new economy based on hydrogen. Obviously impossible due to the technological situation of the times, today the progressive replacement of the use of ‘organic compounds of carbon and hydrogen’ (hydrocarbons) with the ‘water generator’ (hydrogen, in fact) seems a viable hypothesis for the near future, both as a source of heating and as in automotive and naval traction, through the so-called fuel cells.

Characteristic of hydrogen is that it is not a primary fuel, but must be produced starting from something else. This is the first issue and there are two typical modes of production. One consists in making a hydrocarbon – typically methane, with which almost half of hydrogen is produced today – react with steam in the presence of catalysts (reforming), which implies the use of fossil fuels. The other, more expensive for the moment, is the electrolysis of water, an interesting method when the power necessary for the electrolytic reaction is renewable or of nuclear origin. The characteristic lies precisely in the thermodynamics, in fact the energy content of the hydrogen produced is in any case lower than the energy used to produce it and this seems apparently illogical. Moreover, this is the argument that today’s ‘environmentalists’ use to oppose what they exalted twenty years ago, so that the electric car has become the new ‘green’ credo. A belief that tends to overlook or underestimate all that heavily polluting and climate-changing emissions that stand upstream of today’s lithium-ion battery supply chain, together with the opening of new foreign dependencies (as already written in previous articles ).

Hydrogen, on the other hand, has its own rationale, both due to the most recent technological developments aimed at making its ‘green’ (electrolytic) production progressively much cheaper, and due to another problem inherent in rechargeable lithium-ion accumulators, i.e. low values of specific-energy and energy-density. In a nutshell, battery packs take up a lot of space and add tangible weight gains to be sufficient to guarantee acceptable mileage. In particular, the specific-energy ranges from 0.36 to 0.875 MJ/kg. against over 40 MJ/kg. (megaJoule/kg) of gasoline and diesel, over 50 MJ/kg. of liquefied natural gas (LNG) and approximately 130 MJ/kg. of hydrogen. As for the energy-density, a range of 0.9 – 2.43 MJ/L (liter) goes versus over 30 MJ/L of petroleum fuels, over 20 MJ/L of LNG and about 9 MJ/L of liquid hydrogen. In the specific example of heavy industrial logistics lorries with the need to make long journeys, the propulsion of compressed hydrogen at 700 atm can be much better than lithium-ion batteries. Regarding home heating, the current gas network can also transport hydrogen that the latest generation boilers can burn in a 20% mix with methane (100% to be released soon).

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