Da diverso tempo l’idrogeno verde, ossia quello prodotto da fonti rinnovabili, oltre ad essere considerato una valida alternativa, è ritenuto un elemento chiave del cambiamento nella produzione di energia ed è al centro delle strategie energetiche di numerosi Paesi e della stessa Commissione europea.
Al momento il metodo più consolidato per la produzione di idrogeno verde è l’elettrolisi dell’acqua, che viene effettuata utilizzando l’energia elettrica prodotta da eolico e fotovoltaico. L’Enea (l’Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile) ha però brevettato un nuovo metodo per produrre idrogeno verde e ossigeno dall’acqua, e questo prevede invece l’utilizzo dell’energia solare.
Il reattore che scinde H2O e produce ossigeno
Silvano Tosti, responsabile del laboratorio Tecnologie nucleari dell’Enea, ha spiegato: “l’idea di partenza è quella di andare a spezzare la molecola d’acqua attraverso la decomposizione termica. Questa è una cosa difficilissima e con l’utilizzo di processi tradizionali per realizzarla bisogna raggiungere i 3-4mila gradi. Per ovviare a questo problema abbiamo realizzato un reattore a membrana costituito da una camera di reazione dove sono presenti contemporaneamente due tipi di membrane“.
Si tratta infatti di una membrana in tantalio, utilizzata per separare l’idrogeno, e una in materiale ceramico, che viene invece utilizzata per separare l’ossigeno. Così facendo si riesce ad abbassare considerevolmente la temperatura del processo di scissione delle molecole d’acqua. “Già intorno ai 1.900 gradi è possibile ottenere delle rese di reazione abbastanza significative”.
I limiti della tecnologia
Tosti ha poi aggiunto: “questo processo si sposa bene con tutti i sistemi solari in cui ci sono degli specchi che catturano il calore dell’energia solare. Dato che servono temperature molto alte, il reattore potrebbe essere applicato in impianti solari a concentrazione”.
Tuttavia attualmente vi è un gap tecnologico perché i sistemi solari a concentrazione che raggiungono le temperature più alte non superano comunque i 1.500 gradi, che risultano essere quindi troppo pochi. “Riteniamo tuttavia che questo gap si potrà superare con l’avanzare della ricerca sui materiali in grado di operare a temperature altissime. E’ un campo di attività nelle quali è coinvolta anche l’Enea, in particolare gli studi sulla fusione nucleare, che riguardano lo sviluppo di materiali per alti flussi termici, e le ricerche sui sistemi solari ad alta temperatura”.
Un sistema già brevettato
L’intenzione è quindi quella di sfruttare l’energia solare per produrre idrogeno e ossigeno partendo da molecole d’acqua, senza però dover passare da sistemi come elettrolizzatori oppure l’accoppiamento di solare fotovoltaico con elettrolizzatori alcalini.
Tosti ha infatti aggiunto: “Con il fotovoltaico si riesce a trasformare il 20% dell’energia solare in energia elettrica, mentre gli elettrolizzatori convertono energia elettrica in idrogeno con un’efficienza intorno al 50%. Questo significa che, mettendo insieme le due cose, si riesce a trasformare in idrogeno circa il 10% dell’energia solare. Con il sistema che abbiamo brevettato, siccome si va a fare una conversione diretta, è possibile raggiungere un’efficienza del 20%“.
Inoltre questo sistema presenta un altro vantaggio rispetto a quello tradizionale, che è quello di avere costi di investimento inferiori, sia in applicazioni stazionarie, come utenze elettriche industriali e civili, sia in quelle mobili come ad esempio i veicoli elettrici.
Così viene separato anche l’ossigeno
Il nuovo metodo, ideato nei laboratori dei Centri ricerche Enea di Frascati e Casaccia grazie alla collaborazione di diversi ricercatori dei dipartimenti di Fusione e Tecnologie per la sicurezza nucleare e di Tecnologie energetiche e Fonti rinnovabili, oltre che all’idrogeno consente anche di separare un’elevata quantità di ossigeno.
Ciò presenta un elevato valore economico sia per le sue possibili applicazioni energetiche che per il settore dell’industria. L’ossigeno, infatti, può essere utilizzato per la combustione ed è ben più vantaggioso dell’aria i quanto si riducono le emissioni, e inoltre è molto più semplice separare la CO2.
L’idrogeno e l’ossigeno, infine, possono anche essere utilizzati nel settore della chimica fine, nell’industria elettronica e nella farmaceutica.
L’idrogeno aumenta la sua competitività
Attualmente l’idrogeno più diffuso al mondo è quello definito “grigio“, cioè prodotto tramite processi di reforming, che utilizzano fonti fossili. L’idrogeno verde, invece, principale candidato per il raggiungimento degli obiettivi di neutralità climatica fissati per il 2050, ha però costi molto più elevati.
Tuttavia secondo diverse stime nel giro dei prossimi 9 anni questo diventerà molto più conveniente e ciò avverrà principalmente grazie al calo dei costi dell’energia fotovoltaica ed eolica (ma anche grazie al progredire della ricerca e alla scoperta di metodi sempre più efficaci).
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