Idrogeno liquido: cos’è e perché è importante per il futuro

L’idrogeno liquido è un vettore energetico che può trasformare la nostra economia dipendente dai combustibili fossili in un’economia dell’idrogeno, che può fornire un carburante per i trasporti privo di emissioni.

Per questo motivo, attualmente, lo stoccaggio e il trasporto dell’idrogeno sono oggetto di intensa ricerca a causa della bassa densità che lo caratterizza.

Oggi, numerose domande sono ancora prive di risposta (o con risposte parziali e talvolta discordanti). Ci si chiede, ad esempio, se l’utilizzo dell’idrogeno è vantaggioso per l’ambiente anche quando i metodi di produzione non utilizzano fonti di energia pulita.

Altre domande sono poi relative ai metodi completamente privi di emissioni per produrre e utilizzare l’idrogeno nei trasporti. In sostanza, la domanda cruciale è una: l’idrogeno può essere il carburante del futuro?

Partiamo dal principio e capiamo perché l’idrogeno liquido è importante per il futuro nostro e dell’intero Pianeta.

L’idrogeno liquido può essere il carburante del futuro?

L’idrogeno liquido è un vettore energetico che può essere utilizzato nei motori a combustione interna o nelle celle a combustibile.

A seconda del tipo di idrogeno impiegato, questo può produrre emissioni di gas serra quando viene bruciato con l’ossigeno, oppure produrre unicamente vapore acqueo.

In particolare, l’idrogeno blu si forma partendo da fonti energetiche non rinnovabili, con due metodi principali. Il primo, e più diffuso, prevede la riformazione a vapore del metano, il secondo utilizza invece ossigeno e anidride carbonica o vapore per reagire con il metano e formare idrogeno.

Purtroppo, entrambi questi metodi producono carbonio come sottoprodotto.

Al contrario, l’idrogeno verde si produce utilizzando l’elettricità per alimentare un elettrolizzatore che scinde l’idrogeno dalle molecole d’acqua. E questo processo produce idrogeno puro, senza sottoprodotti nocivi.

Anche se il metano è attualmente la via principale per la produzione di idrogeno, le emissioni possono essere controllate in modo molto più efficiente rispetto al nostro attuale sistema di produzione di carburanti per il trasporto.

Il cambiamento climatico è un problema serio e sempre più evidente a gran parte della popolazione.

Infatti, l’aumento dei livelli di emissioni di CO2 ha contribuito direttamente al fenomeno del riscaldamento globale. I livelli di CO2 sono aumentati drasticamente negli ultimi 100 anni, insieme alla temperatura media globale.

Per oltre un secolo, i carburanti per il trasporto si sono basati quasi esclusivamente sugli idrocarburi come il petrolio. Così, relativamente recentemente, l’idrogeno è emerso come potenziale sostituto a lungo termine degli idrocarburi e si prevede che svolgerà un ruolo importante in una futura economia energetica basata su fonti e vettori ecologicamente puliti.

Cosa rende l’idrogeno liquido un carburante potenzialmente perfetto per l’ambiente?

L’idrogeno è leggero, contiene un’elevata densità energetica (fino a 3 o 4 volte più energia della benzina in termini di peso) e la sua combustione non emette sottoprodotti nocivi.

Detto questo, se da un lato l’idrogeno è potenzialmente il combustibile ambientale perfetto ed è uno degli elementi più abbondanti sulla terra, dall’altro lato, l’idrogeno è quasi impossibile da trovare nella sua forma più pura.

Ciò significa che deve essere estratto dalle molecole in cui si trova, ad esempio l’acqua e i composti organici.

A tal fine si possono utilizzare diversi metodi e tecnologie, tra cui l’elettrolisi dell’acqua per scindere l’idrogeno dall’ossigeno, il reforming del gas naturale (gassificazione), il reforming di liquidi rinnovabili utilizzando combustibili liquidi rinnovabili come l’etanolo e fonti di energia rinnovabile, come le tecnologie solari, eoliche, di biomassa o geotermiche.

Sicuramente, la sfida attuale è di ottimizzare questi metodi per far progredire le tecnologie dell’idrogeno liquido e dei combustibili.

Metodi di stoccaggio efficienti e sicuri sono fondamentali per promuovere una “economia dell’idrogeno”

Lo stoccaggio efficiente e sicuro dell’idrogeno pone molteplici sfide che dovranno essere risolte per promuovere ulteriormente una “economia dell’idrogeno”.

Infatti, sebbene l’idrogeno abbia la massa energetica più elevata di qualsiasi altro combustibile, occupa anche un volume considerevole in condizioni di pressione standard (pressione atmosferica).

Per questo motivo, per immagazzinare e trasportare l’idrogeno in modo efficiente, il suo volume deve essere significativamente ridotto.

Questo può essere fatto in tre modi. Il primo è l’idrogeno compresso in serbatoi ad alta pressione; il secondo è l’idrogeno solido, facendolo reagire o assorbire con altri composti chimici o metalli e conservandolo in una forma chimica diversa; il terzo è l’idrogeno liquido in serbatoi criogenici (a temperature inferiori a -253 °C).

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Idrogeno liquido: il modo ideale per immagazzinare più idrogeno in un dato volume

Dei tre metodi sopra visti, il modo ideale per immagazzinare più idrogeno (energia) in un determinato volume è quello di convertirlo in idrogeno liquido (LH2).

Questo dipende dal fatto che l’idrogeno liquido ha una maggiore densità energetica e presenta meno rischi potenziali di pressione di stoccaggio rispetto all’idrogeno compresso.

Va detto, però, che oggigiorno l’idrogeno liquido è ancora utilizzato principalmente nell’industria spaziale e aeronautica, come combustibile primario per i razzi per la combustione con ossigeno e fluoro.

Da ultimo, invece, anche a causa della grave crisi energetica globale a cui stiamo assistendo, l’idrogeno liquido sta guadagnando popolarità anche in altri settori, come quelli relativi allo stoccaggio e al trasporto dell’idrogeno come carburante per i trasporti.

Lo stoccaggio dell’idrogeno liquido

In questo metodo di stoccaggio, l’idrogeno gassoso viene compresso ad alta pressione e poi liquefatto a temperature criogeniche (-253 °C) in un serbatoio di idrogeno liquido.

Per immagazzinare e trasportare l’idrogeno liquido in modo efficace e sicuro, tutti i serbatoi di stoccaggio, le tubazioni e le attrezzature devono essere progettati per sopportare le variazioni di pressione e le temperature estremamente elevate.

La capacità dei sistemi di resistere alla pressione variabile e alle temperature estremamente basse, include anche le valvole utilizzate in questi sistemi. In quanto sono un componente critico nel controllo del flusso dell’idrogeno liquido, possono essere una potenziale fonte di rilascio o perdita. Queste quindi sono essenziali per arrestare i sistemi in caso di emergenza.

Inoltre, sebbene l’idrogeno liquido stoccato nei serbatoi sia relativamente sicuro, i potenziali pericoli e i problemi di sicurezza sorgono durante la manipolazione. Soprattutto se l’idrogeno è stato stoccato nei serbatoi.

Soprattutto nei casi in cui l’idrogeno liquido fuoriesce nell’atmosfera. L’idrogeno migra rapidamente attraverso piccole aperture, si incendia facilmente e brucia con una fiamma quasi invisibile. Così, i potenziali rischi includono incendi, bruciature da idrogeno, esplosioni, asfissia, ecc.

Per questo motivo, tutte le apparecchiature utilizzate nelle applicazioni con idrogeno liquido devono essere pienamente conformi alle normative, ai codici e agli standard pertinenti.