Il gigante dell'energia AGL questa settimana ha svelato i piani per produrre energia a idrogeno nella sua stazione di carbone Loy Yang A. Ma come trasformiamo il carbone, che è spesso pensato come semplicemente fatto di carbonio, in idrogeno – un elemento completamente diverso?

Infatti, il carbone non è solo fatto di carbonio. Contiene anche altri elementi, uno dei quali è l'idrogeno. Ma per ottenere molto idrogeno, il carbone ha bisogno di essere "gassificato" piuttosto che bruciato, creando composti che possono poi essere fatti reagire con l'acqua per produrre idrogeno. È da qui che proviene la maggior parte dell'idrogeno in questo caso, non dal carbone stesso.

Di cosa è fatto il carbone?

In parole povere, il carbone è una miscela di due componenti:materia a base di carbonio (i resti in decomposizione della vegetazione preistorica) e materia minerale (che proviene dal terreno da cui viene scavato il carbone). La materia a base di carbonio è composta da cinque elementi principali:carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto e zolfo.

Si può pensare al processo di formazione del carbone come a una progressione dalla biomassa (materia vegetale appena morta) al carbone (carbonio quasi puro). Col tempo, l'ossigeno e un po' di idrogeno vengono gradualmente rimossi, lasciando sempre più carbonio dietro.

Il carbone bruno contiene quindi leggermente più idrogeno del carbone nero, anche se la più grande differenza tra i due è nel loro contenuto di carbonio e ossigeno.

Cos'è la gassificazione?

Possiamo capire la gassificazione comprendendo prima la combustione. Combustione, o bruciando, è la completa ossidazione di un combustibile come il carbone, un processo che produce calore e anidride carbonica. L'anidride carbonica stessa non può essere ulteriormente ossidata, e quindi è il prodotto finale non combustibile del processo di combustione.

Nella gassificazione, però, il carbone non è completamente ossidato. Anziché, il carbone viene fatto reagire con un composto chiamato agente di gassificazione. La gassificazione è endotermica, il che significa che non produce calore. Piuttosto il contrario, infatti, ha bisogno di un apporto di calore per progredire. Poiché il gas risultante non è completamente ossidato, ciò significa che può essere bruciato come combustibile.

Quindi, come produciamo l'idrogeno?

Ora conosciamo i concetti chiave, ricominciamo dall'inizio. Per produrre idrogeno dal carbone, il processo inizia con l'ossidazione parziale, il che significa che viene aggiunta dell'aria al carbone, che genera gas anidride carbonica attraverso la combustione tradizionale. Non abbastanza è aggiunto, anche se, per bruciare completamente il carbone - solo quanto basta per produrre un po' di calore per la reazione di gassificazione. L'ossidazione parziale produce anche il proprio agente di gassificazione, diossido di carbonio.

L'anidride carbonica reagisce con il resto del carbonio nel carbone per formare monossido di carbonio (questa è la reazione di gassificazione endotermica, che necessita di apporto di calore). Ancora niente idrogeno.

Il monossido di carbonio nel flusso di gas viene ora ulteriormente fatto reagire con il vapore, generando idrogeno e anidride carbonica. Ora stiamo facendo dell'idrogeno. L'idrogeno può quindi essere fatto passare attraverso una cella a combustibile in loco per generare elettricità ad alta efficienza, anche se il piano di Loy Yang A è di pressurizzare l'idrogeno e spedirlo in Giappone per la loro vetrina olimpica.

I carboni bruni sono generalmente preferiti per la gassificazione rispetto ai carboni neri per diversi motivi, il che rende la lignite della Latrobe Valley di Victoria una buona prospettiva per questo processo.

Il motivo principale è che, a causa dell'alto contenuto di ossigeno di questo tipo di carbone, è meno stabile chimicamente e quindi più facile da rompere durante la reazione di gassificazione. Inoltre c'è una piccola spinta dall'idrogeno che è già presente nel carbone.

L'idrogeno così prodotto non è un carburante a emissioni zero. L'anidride carbonica viene emessa attraverso le reazioni di combustione e decomposizione termica, ed è anche un prodotto della reazione tra monossido di carbonio e acqua per produrre idrogeno e anidride carbonica.

Allora perché preoccuparsi di produrre idrogeno?

Quando l'idrogeno viene utilizzato come combustibile, rilascia solo acqua come sottoprodotto. Questo lo rende un carburante pulito a emissioni zero, almeno nel punto di utilizzo.

La produzione di idrogeno dal carbone in un grande, una struttura centrale consente di attuare il controllo dell'inquinamento. particolato, e potenzialmente anidride carbonica, può essere rimosso dal flusso di gas in modo molto efficiente.

Questo non è possibile su piccola scala, come appendere fuori la parte posteriore della tua auto. Il trasporto su strada emette attualmente livelli pericolosi di inquinanti nelle nostre città ogni giorno.

I processi di gassificazione che utilizzano celle a combustibile a idrogeno in loco possono aumentare notevolmente la loro efficienza rispetto all'energia tradizionale a carbone. Però, a seconda dell'uso finale dell'idrogeno, e successivi processi di trasporto, potresti stare meglio in termini di produzione di energia, o efficienza (e quindi emissioni di carbonio), semplicemente bruciare il carbone per produrre elettricità.

Ma usando la gassificazione del carbone per produrre idrogeno, possiamo iniziare a costruire infrastrutture tanto necessarie e sviluppare mercati di consumo (vale a dire, veicoli a celle a combustibile a idrogeno) per un futuro carburante veramente pulito.

Prevedo che un giorno l'energia dell'idrogeno sarà a emissioni zero. Può essere prodotto in vari modi attraverso la scissione dell'acqua pura (compresa l'elettrolisi, o attraverso tecnologie solari termochimiche e fotoelettrochimiche, per dirne alcuni). Non c'è ancora in termini di prezzo o praticità, ma è sicuramente in arrivo. Promuovere nel frattempo lo sviluppo dell'economia dell'idrogeno attraverso la produzione dal carbone è, nel mio libro, non è un'idea terribile nel complesso.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.