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Analisi e studi

Idrogeno: spieghiamo l’arcobaleno della molecola che vuole dare energia al mondo

Cos’è l’idrogeno e in cosa consistono i diversi “Colori” dell’idrogeno a seconda dell’origine. Una guida semplice ed inutitiva a quella che qualcuno ritiene essere l’energia del futuro

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Molecole di idrogeno
Molecole di idrogeno

L’idrogeno può anche essere un gas incolore e inodore, più leggero dell’aria e quindi volatile, ma gli operatori del settore e l’economia cercano di dargli un colore. Questo viene a dipendere dalle modalità con cui questo gas viene prodotto e della correttezza energetica o ambientale che porta alla sua produzione. perché ci sono diverse vie per ottenere l’idrogeno e proprio la via per la sua creazione è importante quanto l’idrogeno stesso.

Ricordiamo che un atomo di idrogeno è costituito da un singolo protone un elettrone e uno o più neutroni a seconda dell’isotopo. Una molecola di idrogeno è costituita da due atomi:

Vediamo ora l’arcobaleno dell’idrogeno, colore per colore:

Nero
Questo idrogeno è prodotto dalla degassificazione del carbone. Il processo produce molta anidride carbonica e non è più comune, per fortuna, ma in passato era molto usato nei processi chimici. Diciamo che è nemico del’ambiente.

Grigio
Questo metodo parte dal gas naturale e genera idrogeno e anidride carbonica, il che lo rende un produttore significativo di gas serra. È di gran lunga il metodo più comune per produrre idrogeno, perché è economico. Si tratta di far reagire, in presenza di cataliti, il vaoper acque o il metano a una pressione fra i 3 e i 25 bar all’interno di reattori. Attualmente è il metodo più utilizzato.

Reazione di produzione dell’idrogeeno grigio

Blu
Come l’idrogeno grigio, solo che l’anidride carbonica viene catturata e immagazzinata nel sottosuolo, il che significa che contribuisce meno al riscaldamento globale. Questo processo però è più costoso e meno usato rispetto all’idrogeno grigio.

Turchese
Un’innovazione relativamente nuova, questo approccio scompone il gas naturale in idrogeno e carbonio solido, il che significa che non viene emessa anidride carbonica. È potenzialmente più economico dell’idrogeno verde, ma la tecnologia deve essere sviluppata. Il processo viene chiamato “Cracking termico” del metano e lo studio di questo processo è stato uno degli ultimi apporti scientifici del Premo Nobel Carlo Rubbia.

Verde
Il modo più ecologico di produrre idrogeno. Questo metodo utilizza l’elettricità generata da fonti rinnovabili per elettrolizzare l’acqua in ossigeno e idrogeno. Il problema è che al costo di produzione delle energie rinnovabili si somma quello di sintetitzzazione dell’idrogeno, Ci sono diversi sistemi per produrre idrogeno verde, dall’utilizzo dell’energia prodotto per i processi di idrolisi, sino all’idrolisi termica con utilizzo dell’energia solare. Comunque è un sistema, per ora, costoso.

Dorato o bianco
Detto anche idrogeno naturale o geologico, questo è il caso in cui il gas si trova naturalmente in profondità nel sottosuolo e potrebbe essere raccolto attraverso la perforazione, senza bisogno di spendere energia per la sintesi. Questo lo rende potenzialmente un combustibile pulito molto promettente, se si riesce a trovarne e a raccoglierne una quantità sufficiente. Anche se si sa che certe reazioni chimiche o decadimenti radioattivi sono in grado di generarlo, non è ben chiaro quanto ne esista.

Più energetico del Metano, ma troppo … voluminoso

Quanta energia può generare l’Idrogeno se comparato con il gas energetico attualmente più utilizzato, cioè il gas naturale o metano? Ecco quello che risulta:

  • Idrogeno:
    • Potere calorifico inferiore o minimo (PCI): 120 MJ/kg
    • Molto leggero (1 kg = 11,1 mc)
  • Gas Naturale (metano):
    • PCI: 50 MJ/kg
    • Più denso (1 kg = 0,67 m^3)

Efficienza:

  • A parità di peso, l’idrogeno ha più del doppio del potere energetico del gas naturale.
  • Tuttavia, a parità di volume, il gas naturale ha un’energia più elevata.

Quindi il problema dell’idrogeno è il fatto che… è troppo leggero, ha una densità troppo bassa, quindi bisogna comprimerlo o utilizzarlo in forma liquida. Peccato che l’idrogeno venga ad andare allo stato liquido a -252,87 °C, che equivale a 20,28 K. Il Gas Naturale invece diventa liquido a una temperatura molto superiore, fra i -158C e i -164C a seconda della presenza di etano e butano con il metano.

Questo rende il trasporto dell’idrogeno uno dei grandi problemi della transizione verde.


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