Capiamo insieme come si ottiene energia dall’idrogeno: tutto sull’idrogeno, energia idrogeno, presenza in natura e processo di produzione. Scopriamo l’energia idrogeno.

Cos’è L’idrogeno

L’idrogeno è l’elemento più leggero e più abbbondante in natura. Allo stato elementare esiste sottoforma di molecola biatomica H2. E’ presente in tutti gli elementi organici e gli organismi viventi, e forma composti con la maggior parte degli elementi della tavola periodica.
L’idrogeno può essere impiegato a) come combustibile alternativo per i tradizionali motori automobilistici; b) come fonte di energia per le moderne celle a combustibile.

  Come ottenere l’idrogeno

L’idrogeno può essere ottenuto mediante reforming, o mediante l’elettrolisi dell’acqua.
Il reforming è il processo in cui l’energia chimica del carbonio contenuto nel carbon fossile e negli idrocarburi pesanti (catrame, olio combustibile, paraffina, nafta, ecc…) viene trasformata in energia chimica dell’idrogeno. Questa reazione si ottiene ossidando il carbonio con l’ossigeno contenuto nella molecola d’acqua, liberando monossido e biossido di carbonio (CO e CO2). Nella pratica, il rendimento di questa trasformazione, non supera l’80%.
L’eletrolisi dell’acqua è un processo che consente di trasformare l’energia elettrica nell’energia chimica dell’idrogeno. La reazione avviene nelle celle elettrolitiche, in cui viene versata una soluzione acquosa. Al passaggio di corrente, gli ioni migrano verso gli elettrodi della cella, dove scaricano la loro carica elettrica, scomponendo la molecola dell’acqua e librando l’idrogeno nel catodo e l’ossigeno nell’anodo. Questa trasformazione avviene con un rendimento di circa il 70%.

Idrogeno e energia

Quando si parla di idrogeno si pensa immediatamente alla macchina, in quanto in questi ultimi anni, le industrie automoblistiche stanno investendo ingenti capitali su progetti di veicoli alimentati ad idrogeno.
La macchina a idrogeno, in senso stretto, è la macchina che utilizza l’idrogeno come combustibile “diretto” (al posto della benzina). Ma lo svantaggio di questa soluzione è che, un motore termico alimentato ad idrogeno, ha dei rendimenti basissimi (intorno al 7,5%,).

L’altra soluzione consiste nelle celle a combustibile. Le celle elettrolitiche, sono dei trasformatori di energia chimica in energia elettrica. Mentre nell’elettrolisi dell’acqua il passaggio di corrente elettrica libera ossigeno e idrogeno sui due elettrodi, nelle celle a combustibile, facendo affluire idrogeno e ossigeno sui due elettrodi, si ottiene la formazione di una potenza elettrica e di acqua. Questo processo di trasformazione, nelle attuali celle, può avere un rendimento anche del 60%. L’auto elettrica si potrebbe giovare dell’impiego delle celle a combustibile, poiché attualmente si è riusciti a ottenere valori di potenza specifica interessanti (1 kW/kg), con celle che al posto dell’acqua in funzione di elettrolita, utilizzano un polimero.

Il problema da risolvere

Gi svantaggi dell’alimentzione a idrogeno sono essenzialmente due:

• 1. basso rendimento energetico;
• 2. richiede serbatoi in grado di contenere il gas ad un pressione di 250 bar. Questo comporta problemi sia in termini di sicurezza, che in termini di peso e ingombro.

La sfida tecnologica, si trasferisce quindi sulla possibilità di realizzare una stazione di reforming e di purificazione instabile su un autoveicolo, in modo da non perdere i vantaggi dell’alimentzione ad idrocarburi (concentrazioni di grandi quantità di energia in condizioni di sicurezza e in volumi e pesi ridotti).
In questo caso la catena energetica sarebbe: dagli idrocarburi, mediante il reforming, si ottiene l’idrogeno con emissione di anidride carbonica; l’idrogeno viene fatto reagire con l’ossigeno nelle celle a combustibile per produrre energia elettrica con emissione di vapore acqueo; l’energia elettrica alimenta il motore elettrico.

Il processo include sempre l’utilizzo degli idrocarburi, ma questi vengono utilizzati con maggiore efficienza energetica e senza generare inquinamento. In questo caso il rendimento della trasformazine finale, è dato dal prodotto tra il rendimento del reforming (80%) e il rendimento delle celle a combustibile (65%), attestandosi quindi al 52%.

(fonti: wikipedia; l’uso razionale dell’energia di Mario Palazzetti e Maurizio Pallante)