La NASA ha lanciato tutte le sue missioni dello space shuttle utilizzando l'idrogeno come carburante. Credito:NASA, CC BY
L'idrogeno è il primo elemento della tavola periodica. Nella sua forma pura l'idrogeno è una luce, gas incolore, ma forma un liquido a temperature molto basse.
Hai mai visto il lancio di uno space shuttle? Il carburante utilizzato per allontanare queste enormi strutture dall'attrazione gravitazionale terrestre è l'idrogeno.
L'idrogeno ha anche un potenziale come fonte di energia per le nostre attività quotidiane:guidare, riscaldare le nostre case, e forse di più.
Questo mese il governo di coalizione federale ha aperto una consultazione pubblica su una strategia nazionale per l'idrogeno. I laburisti si sono anche impegnati a stanziare fondi per sviluppare idrogeno pulito. La riunione dei ministri dell'energia COAG nel dicembre 2018 ha indicato un forte sostegno a un'economia dell'idrogeno.
Ma l'Australia è pronta ad esplorare questa competizione? alternativa energetica a basse emissioni di carbonio per uso residenziale, commerciale, settore industriale e dei trasporti?
Ci sono due aspetti chiave per valutare la nostra preparazione per un'economia dell'idrogeno:il progresso tecnologico (possiamo davvero farlo?) e l'accettazione sociale (lo useremo?).
La tecnologia è abbastanza matura?
Il ciclo economico dell'idrogeno si compone di tre fasi chiave:
Produzione di idrogeno
Affinché l'idrogeno diventi un importante carburante futuro, l'elettrolisi dell'acqua è probabilmente il miglior metodo di produzione. In questo processo, l'elettricità viene utilizzata per dividere le molecole d'acqua in idrogeno (H₂) e ossigeno (O₂).
Questa tecnologia diventa commercialmente fattibile quando l'elettricità è prodotta a costi relativamente bassi da fonti rinnovabili come il solare e l'eolico. I costi potrebbero diminuire ulteriormente nel prossimo futuro man mano che la tecnologia di produzione diventa più efficiente.
Stoccaggio e consegna di idrogeno
Lo stoccaggio e la consegna efficaci sono vitali per la gestione sicura ed efficiente di grandi quantità di idrogeno.
Perché è molto leggero, l'idrogeno è stato convenzionalmente compresso ad alta pressione, o liquefatto e conservato a una temperatura estremamente bassa di -253 . L'adozione di questi passaggi richiede un investimento energetico aggiuntivo, quindi l'efficienza scende fino al 40%. Ma l'attuale stoccaggio e consegna dell'idrogeno si basa ancora su queste due tecnologie - compressione e liquefazione - poiché sono comprovate e supportate da infrastrutture ed esperienze consolidate.
Un'altra opzione in fase di esplorazione (ma che necessita di ulteriore sviluppo) è quella di combinare l'idrogeno con altri elementi, e poi rilasciarlo quando richiesto per l'uso.
Attualmente, la maggior parte delle auto a celle a combustibile a idrogeno utilizza serbatoi rinforzati con fibra di carbonio per immagazzinare gas idrogeno altamente compresso. Il costo dei carri armati dovrà essere ridotto per rendere questa opzione più economica (attualmente oltre qualche migliaio di dollari USA per unità).
Usare l'idrogeno come combustibile
Esistono due modi principali per convertire l'energia chimica dell'idrogeno in energia utilizzabile (energia elettrica o energia termica). Entrambi questi approcci producono acqua come sottoprodotto.
Un modo primitivo e diretto di usare l'idrogeno è bruciarlo per generare calore, proprio come usi il gas naturale per cucinare e riscaldare la tua casa.
Una sperimentazione pianificata per il South Australia mira a generare idrogeno utilizzando elettricità rinnovabile, e quindi immetterlo nella rete di distribuzione del gas locale. Questo modo di "miscelare" i gas può evitare il costo della costruzione di costose infrastrutture di consegna, ma sosterrà le spese associate alle modifiche alle condutture esistenti. Sono richiesti studi approfonditi e test di questa attività.
Se utilizzato nelle celle a combustibile a idrogeno, l'energia viene prodotta quando l'idrogeno reagisce con l'ossigeno. Questa è la tecnologia utilizzata dalla NASA e da altri operatori nelle missioni spaziali, e dalle case automobilistiche in auto a celle a combustibile a idrogeno. È il metodo più avanzato per l'uso dell'idrogeno al momento.
Funziona, ma lo accetteremo?
Considerazioni sulla sicurezza
Come carburante, l'idrogeno ha alcune proprietà che lo rendono più sicuro da usare rispetto ai combustibili più comunemente usati oggi, come diesel e benzina.
L'idrogeno non è tossico. È anche molto più leggero dell'aria, consentendo una rapida dispersione in caso di perdite. Ciò contrasta con l'accumulo di gas infiammabili in caso di perdite di gasolio e benzina, che possono causare esplosioni.
Però, l'idrogeno brucia facilmente nell'aria, e si accende più facilmente della benzina o del gas naturale. Questo è il motivo per cui le auto a idrogeno hanno serbatoi in fibra di carbonio così robusti, per evitare perdite.
Laddove l'idrogeno viene utilizzato in ambienti commerciali come combustibile, sono state stabilite norme rigorose e misure efficaci per prevenire e rilevare perdite, e per sfogare l'idrogeno. Anche le applicazioni domestiche del combustibile a idrogeno dovrebbero affrontare questo problema.
Impatto sull'ambiente
Dal punto di vista ambientale, il ciclo ideale in un'economia dell'idrogeno comporta:
Se l'elettricità per l'elettrolisi è generata da fonti rinnovabili, l'intera catena del valore ha un impatto ambientale minimo ed è sostenibile.
Avvicinarsi a un'economia dell'idrogeno
L'elettricità a basso costo da risorse energetiche rinnovabili è la chiave per rendere la produzione di idrogeno su larga scala tramite elettrolisi una realtà in Australia. A livello internazionale è già chiaro, ad esempio in Germania e in Texas - che l'idrogeno rinnovabile è competitivo in termini di costi in applicazioni di nicchia, anche se non ancora per la fornitura su scala industriale.
Le tecniche per lo stoccaggio e la consegna devono essere migliorate in termini di costi ed efficienza, e la produzione di celle a combustibile a idrogeno richiede progressi.
Hydrogen is a desirable source of energy, since it can be produced in large quantities and stored for a long time without loss of capacity. Because it's so light, it's an economical way to transport energy produced by renewables over large distances (including across oceans).
Underpinned by advanced technologies, with strong support by governments, and commitment from many multinational energy and automobile companies, hydrogen fuel links renewable energy with end-users in a clean and sustainable way.
Let's see if hydrogen takes off.
Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale. 
