Auto ecologiche e ibride

Una soluzione alternativa è anche l'utilizzo di idrogeno come combustibile per motori a scoppio.

L’era dell’idrogeno è cominciata

Eppure di recente il prof. Zichichi al seminario di Erice sulle emergenze planetarie ha affermato: “L’idrogeno non ci salverà: il bilancio energetico per quanto riguarda la produzione è negativo”



Perché tanti interrogativi?

Cerchiamo di percorrere il cammino dell’idrogeno: dalla produzione alla distribuzione

Gli studiosi affermano che occorre risolvere le quattro “sfide” dell’idrogeno:

1 produzione;
2 utilizzo come combustibile;
3 stoccaggio;
4 distribuzione.

Perché?

PRODUZIONE

L’idrogeno è generalmente ottenuto da idrocarburi con processi di “reforming”, per gassificazione oppure per elettrolisi dell’acqua.


ELETTROLISI


L’elettrolisi è una reazione di dissociazione indotta dalla corrente elettrica: dalla molecola d’acqua si possono ricavare idrogeno ed ossigeno. Questo processo, concettualmente il più semplice , risulta anche il più costoso.

Valutiamo gli aspetti termodinamici della reazione:

H2O(l) --> H2(g) + ½ O2 (g)

DH0 = 286 KJ/mol;
DG0 = 237,4 KJ/mol.

L’operazione di elettrolisi avviene industrialmente in apparecchiature dette elettrolizzatori. Di conseguenza, l’elettrolisi è utilizzata per meno del 4% delle produzione totale dell’ idrogeno, in caso in cui l’ elettricità è poco costoso e/o quando è richiesta un’elevata purezza dell’idrogeno.


PROCESSO DI STEAM REFORMING


lo steam reforming da gas naturale è il processo economicamente più conveniente.

CH4 + H2O ? CO + 3H2

DH0 = 206 KJ
DG0 = 142 KJ
DG0 < 0 per T > 620 °C


Lo steam reforming è il processo più diffuso, ma certamente gli aspetti impiantistici e tecnologici non hanno costi così tanto bassi e soprattutto la materia prima è comunque METANO.

Occorre ricercare nuove possibili fonti di idrogeno, percorrere una strada produttiva che sia quanto più indipendente dal petrolio.
Produzione foto-biologica
Produzione da biomasse
Produzione di idrogeno dalle energie rinnovabili
Progetto Islanda: vento ed idrogeno

Progetto Utsira, isola vicina alle coste della Norvegia, dove è in atto una sperimentazione che prevede la produzione dell’idrogeno utilizzando l’energia eolica per poi ricavare dall’idrogeno l’energia elettrica da utilizzare in mancanza di vento. L’idrogeno quindi come vettore di energia.

altre info sui vari processi di produzione dell' idrogeno

UTILIZZO COME COMBUSTIBILE

La combustione dell’idrogeno in aria porta alla formazione di vapore d’acqua e di ossidi di azoto la cui produzione può essere notevolmente ridotta abbassando la temperatura di combustione ovvero con un elevato rapporto aria/idrogeno.

L’idrogeno impiegato in particolari dispositivi, le celle a combustibile, dà luogo ad una reazione di combustione che produce solo vapor d’acqua eliminando così qualsiasi emissione nociva.

Cos’è una cella a combustibile?

E’ un dispositivo in cui avviene un processo elettrochimico che porta alla produzione di energia. E’ composto da due elettrodi separati da un elettrolita:

all’anodo avviene la reazione di ossidazione del gas combustibile, l’idrogeno, con produzione di elettroni;

al catodo avviene la reazione di riduzione del gas comburente, l’ossigeno o l’aria, impiegando gli elettroni provenienti dal circuito esterno.


[URL] www1.provincia.venezia.it/lartis/EU_citizenship/idrogeno/cella%20a%20combustibile%...[=URL] Schema di funzionamento dei vari tipi di FUELL CELL


Una singola cella lavora a potenziali che vanno da 0,6 a circa 1 V con potenza di qualche W quindi per ottenere una tensione più elevata le celle elementari vanno collegate in serie così da costituire uno “stack”.


STOCCAGGIO E DISTRIBUZIONE

Perché è difficile e problematico effettuare lo stoccaggio e la distribuzione dell’idrogeno?

Valutiamo alcuni dati:
temperatura critica dell’idrogeno è pari a – 240 °C;
temperatura di ebollizione è pari a – 253 °C;
densità di energia (15°C, 100 KPa) = 10,3 MJ/m3.
Per evitare la vaporizzazione dell’idrogeno occorre mantenerlo ad una temperatura inferiore quindi occorre realizzare infrastrutture super-isolate, “serbatoi thermos” per le auto….

La leggerezza dell’idrogeno implica una densità di energia poco favorevole allo stoccaggio in forma gassosa: a 200 bar il volume dell’idrogeno è quattro volte superiore a quello del gas naturale, a parità di contenuto energetico. L’ulteriore compressione non è conveniente perché la spesa energetica necessaria non sarebbe controbilanciata dall’impiego dell’idrogeno compresso come combustibile.

L’Air Liquide dispone già di una rete di distribuzione dell’idrogeno gassoso nel nord della Francia, in Belgio e nei Paesi Bassi.


Metodo alternativo

Combinare l’idrogeno con degli idruri metallici che immagazzinano idrogeno in modo reversibile.

I materiali sono costosi e pesanti, ma compatti; possono contenere tre chilogrammi di idrogeno in un volume di 50 l.

A Barcellona è stata costruita la prima Stazione di rifornimento d’Europa per autobus alimentati a idrogeno.
L’impianto è stato costruito dalla Bp e rappresenta una delle tappe del Programma Clean Urban Transport for Europe dell’Ue, è dotato di un elettrolizzatore che produce idrogeno utilizzando energia elettrica e per un 5% anche energia solare. L’idrogeno viene compresso ed erogato.