Mentre il prezzo dell'energia rinnovabile scende e le tecnologie di stoccaggio maturano, l'idrogeno sta attirando una nuova attenzione.

Jorgo Chatzimarkakis stava rifornendo di carburante la sua auto a celle a combustibile ad idrogeno in uno dei Stazioni di rifornimento 50-plus sparsi per la Germania quando un autista di Tesla, che stava ricaricando la sua auto, si avvicinò.

L'uomo era entusiasta di vedere una macchina a idrogeno in azione, ed era piena di domande. Chatzimarkakis, che è segretario generale di Hydrogen Europe, era felice di rispondere loro, e i due hanno parlato per diversi minuti.

Ma a quel punto, la macchina a idrogeno fu completamente rifornita di carburante, mentre il conducente di Tesla stava ancora affrontando una lunga attesa mentre la sua batteria si ricaricava.

"Questa è la realtà", afferma Chatzimarkakis. "Oggigiorno le stazioni di rifornimento sono pronte, la macchina è pronta, posso pianificare il mio viaggio dalla Svizzera alla Danimarca e in Norvegia senza problemi."

La visione di un mondo alimentato a idrogeno ha avuto più mancati rispetto a Wile E. Coyote. In 1923, il genetista britannico JBS Haldane immaginava a rete di mulini a vento generatori di idrogeno alimentando la Gran Bretagna, ma non ne è venuto fuori nulla. In 1970, l'elettrochimico di origine sudafricana John Bockris ha usato per la prima volta il termine "economia dell'idrogeno" in un discorso, e successivamente pubblicato un libro che descrive come potrebbe essere un mondo a energia solare-idrogeno. Ma ancora una volta, nulla è cambiato. In 2002, il teorico economico e sociale americano Jeremy Rifkin ha sostenuto che l'idrogeno potrebbe prendere il sopravvento dal petrolio e che il il futuro dell'energia si trova nelle celle a combustibile alimentate a idrogeno.

Ma l'industria non era pronta, dice Chatzimarkakis. "Era davvero molto valido, quello che ha detto Jeremy Rifkin, ma politici e giornalisti, vogliono sempre vedere la dimostrazione", dice. "E a quel tempo era davvero molto lontano dall'essere realizzato perché la ricerca non era abbastanza avanzata."

L'idrogeno diventa obsoleto

Forse, finalmente, è arrivato il momento dell'idrogeno.

Il Giappone prevede di utilizzare i giochi olimpici di 2020 di Tokyo per dimostrarne la validità visione per una società dell'idrogeno e ha investito $ 348 milioni nello stabilire stazioni di rifornimento di idrogeno e altre infrastrutture. La Germania ha lanciato il primo al mondo treni a idrogeno per completare un numero crescente di stazioni di rifornimento di idrogeno attraverso il paese. La Svizzera è acquisto di autocarri a idrogeno 1,000, La Norvegia ha avuto stazioni di rifornimento di idrogeno da quando 2006 e la Corea del Sud lo sono investendo $ 2.33 miliardi negli ultimi cinque anni creare stazioni di rifornimento di idrogeno, impianti per veicoli a celle combustibili, autobus a celle di combustibile e sistemi di stoccaggio dell'idrogeno. E l'Australia ha visto entrambi i suoi agenzia scientifica nazionale CSIRO ed capo scienziato Alan Finkel riportiamo separatamente le loro visioni per una nazione alimentata a idrogeno e per l'esportazione.

La Coradia iLint ha iniziato a fornire il trasporto di massa a idrogeno in Germania in 2018. Foto per gentile concessione di Alstom | R Frampe

Il cuore dell'economia dell'idrogeno è l'uso di elettricità da fonti rinnovabili come il solare, l'eolico e l'energia idroelettrica per suddividere l'acqua in ossigeno e idrogeno - un processo chiamato elettrolisi. Questo "idrogeno verde" può quindi essere utilizzato nelle celle a combustibile per generare elettricità, e le celle a combustibile possono essere utilizzate singolarmente per guidare veicoli o in pile per supportare o persino alimentare una rete. Meglio di tutto, lo scarico generato dalle celle a combustibile a idrogeno è l'acqua, che un giorno potrebbe essere ricatturata e riciclata nuovamente per l'elettrolisi.

Economia e clima

Quindi cosa è cambiato per portare finalmente l'idrogeno alla ribalta dei piani energetici globali? Jenny Hayward, ricercatrice senior presso CSIRO e co-autrice del suo 2018 National Hydrogen Roadmap, dice che l'economia più favorevole ha giocato un ruolo significativo.

"La produzione sta diminuendo di costo, ma anche l'utilizzo è in calo", afferma Hayward. Non solo il prezzo dell'energia elettrica prodotta dal solare fotovoltaico e dal vento è diminuito drasticamente, ma anche le tecnologie dell'elettrolizzatore sono diventate molto più economiche, più grandi e più efficienti. Allo stesso tempo, anche le celle a combustibile a idrogeno stanno migliorando sia in termini di efficienza che di costi, afferma.

Clicca per vedere un'infografica del Dipartimento di Energia degli Stati Uniti sui combustibili a idrogeno.

Un altro importante fattore è la crescente urgenza di sostanziali riduzioni delle emissioni di gas serra, afferma John Andrews, esperto di energia sostenibile e professore presso l'Università RMIT di Melbourne, in Australia.

"È molto importante mantenere la sua introduzione legata all'essere parte della soluzione per affrontare il cambiamento climatico", afferma Andrews. "Non si tratta solo di ottenere un carburante alternativo; si tratta di ottenere un carburante ed un sistema energetico a emissioni zero ".

L'avanzamento dell'adattamento dell'idrogeno come combustibile non è stato facile. Nonostante la secolare ricerca di un'economia dell'idrogeno, ci sono state alcune importanti sfide tecnologiche da superare per arrivare a questo punto - ed è ancora presto.

Risolvere il problema di archiviazione

Un problema chiave nell'uso dell'idrogeno per il trasporto è stato conservazione. Solo di recente è diventato possibile comprimere l'idrogeno in un contenitore abbastanza piccolo e leggero abbastanza da stare nella parte posteriore di un veicolo passeggeri, pur contenendo ancora abbastanza energia per alimentare quell'auto ad almeno miglia 300.

"Si è sempre pensato che sarebbe stato molto difficile ottenere un deposito di idrogeno che potesse battere gli obiettivi del Dipartimento dell'Energia USA da utilizzare con le auto a celle a combustibile a idrogeno", afferma Andrews. Poi venne lo sviluppo di a serbatoio di idrogeno ad alta pressione fatto di materiali compositi avanzati, che erano in grado di soddisfare e persino superare i requisiti.

Lo stoccaggio del combustibile è stata una grande sfida per i trasporti alimentati a idrogeno. I recenti miglioramenti hanno esteso la gamma di veicoli passeggeri a più di 300 miglia per riempimento. Foto © iStockphoto.com/Tramino

"Penso che abbia fatto alzare la gente e dire di sì, è possibile avere una forma di stoccaggio che potrebbe essere utilizzata per trasportare l'idrogeno a bordo di un veicolo e offrire un'autonomia paragonabile a quella delle auto convenzionali e avere un tempo di ricarica - questo è un punto critico vantaggio dell'idrogeno - di pochi minuti ", dice.

I veicoli a celle a combustibile a idrogeno ora corrispondono o addirittura superano la gamma di veicoli convenzionali a benzina o diesel; Toyota afferma che il suo Mirai ottiene intorno alle miglia 312 da un serbatoio di idrogeno. Ciò li rende una prospettiva molto più attraente per i viaggi a lunga distanza rispetto a un veicolo elettrico a batteria.

Li rende anche un'opzione praticabile per veicoli più laboriosi, afferma Lisa Ruf, coordinatrice di Hydrogen Mobility Europe e principale consulente presso Element Energy nel Regno Unito.

"Nelle operazioni per i camion, per i taxi, per i servizi di risposta alle emergenze, devi avere la gamma e il tempo di rifornimento che è simile ai veicoli convenzionali", dice, citando il caso del Polizia metropolitana di Londra, che quest'anno ha acquistato le auto a celle a combustibile a idrogeno di 11. 

Nutrire la griglia

L'idrogeno viene anche esplorato come un modo per aiutare a mantenere la stabilità di una rete energetica alimentata da fonti rinnovabili, secondo Morry Markowitz, presidente della Associazione energetica a celle a combustibile e idrogeno negli USA

"Poiché il sole non splende sempre e il vento non soffia, le energie rinnovabili hanno un problema di intermittenza, quindi è necessario essere in grado di trovare un modo per immagazzinare efficacemente gli elettroni creati", dice. L'elettricità in eccesso può essere utilizzata per alimentare l'elettrolisi e generare idrogeno che può essere utilizzato in veicoli a celle a combustibile o celle a combustibile fisse o immagazzinato per il trasporto.

Questo scenario è particolarmente allettante per le aree remote, come le città dell'entroterra australiano che altrimenti dipendono da generatori diesel. Le città energetiche che utilizzano una combinazione di fonti rinnovabili e stoccaggio dell'idrogeno potrebbero presto diventare economicamente vantaggiose, in particolare con l'aumento del prezzo del diesel, afferma Hayward.

Le compagnie del gas guardano anche all'idrogeno come una potenziale alternativa al gas naturale, che potrebbe sfruttare l'infrastruttura esistente. "Sarebbe fantastico; quindi non stanno facendo affidamento sui camion che arrivano con il diesel, hanno solo bisogno delle loro energie rinnovabili ", dice. "Potrebbero avere un sistema in cui hanno una cella a combustibile e recuperano l'acqua, quindi è un sistema autonomo."

Le compagnie del gas guardano anche all'idrogeno come una potenziale alternativa al gas naturale, che potrebbe sfruttare l'infrastruttura esistente.

"In particolare, se vogliamo raggiungere obiettivi di riduzione delle emissioni elevate, faranno sì che tutta questa infrastruttura del gas non venga utilizzata", afferma Hayward. "Ciò che è interessante è nelle reti di distribuzione del gas, se sono realizzate con tubi in PVC, si può avere l'idrogeno 100 per cento, anche se sarebbe necessario cambiare elettrodomestici e contatori".

L'effetto Hindenburg

È impossibile parlare di idrogeno senza affrontare il dirigibile nella stanza, ciò che Markowitz chiama "effetto Hindenburg". Lo spettacolare inferno alimentato a idrogeno che era il disastro dell'Hindenburg nel New Jersey a 1937 continua a tormentare l'industria dell'idrogeno e il problema di Le questioni relative all'infiammabilità e alla sicurezza dell'idrogeno vengono inevitabilmente sollevate nelle discussioni sull'economia dell'idrogeno.

Ma Markowitz sostiene che la tecnologia dell'idrogeno oggi è molto avanzata rispetto alla tecnologia dell'idrogeno di quell'epoca.

"Materiali avanzati come serbatoi in fibra di carbonio, sensori, computer e altre cose sono migliorati in modo così drammatico ... la sicurezza per l'idrogeno non dovrebbe nemmeno essere un problema", dice. "Nel settore dei trasporti e in altre aree, i veicoli a idrogeno soddisfano o superano tutto ciò che è in circolazione oggi."

Ci sono anche preoccupazioni sul fatto che l'aumento dell'uptake di idrogeno possa avere un impatto sullo strato di ozono. UN uno studio del 2003 suggerì che se tutta la generazione di energia da combustibili fossili fosse stata sostituita con idrogeno, la dispersione del gas nell'atmosfera potrebbe reagire con l'ossigeno per formare vapore acqueo che potrebbe disturbare lo strato di ozono di una quantità significativa.

Un'altra critica spesso fatta di idrogeno è che una quantità significativa è ancora prodotto usando combustibili fossili. Negli Stati Uniti, la maggior parte dell'idrogeno viene prodotta tramite un processo chiamato Riforma del gas naturale, in cui il gas naturale viene fatto reagire con vapore ad alta temperatura per produrre idrogeno, monossido di carbonio e una piccola quantità di anidride carbonica. Può anche essere fatto da gassificazione del carbone marrone, che si traduce anche in CO₂ produzione.

"Se segui una di queste rotte per ottenere idrogeno, ci sono alcune emissioni di anidride carbonica che provengono da queste rotte, quindi l'unico modo in cui puoi fare quella emissione zero è accoppiarlo con la cattura e lo stoccaggio del carbonio", dice Andrews. "E questa è ancora una grande domanda sul fatto che possa essere fattibile, se sarà sicuro e possiamo mantenere quell'anidride carbonica per migliaia di anni sottoterra e se potrà mai essere economica".

Approccio misurato

C'è un senso di urgenza nelle discussioni sull'idrogeno, che riflette il riconoscimento generalizzato che esiste la necessità di decarbonizzare i trasporti, dice Ruf. Sostiene che mentre c'è una gamma di soluzioni sul tavolo, l'idrogeno è in grado di affrontare i problemi che altre tecnologie non possono fare facilmente o economicamente.

Ma mentre c'è molta eccitazione riguardo al potenziale dell'idrogeno, Ruf consiglia anche un approccio misurato.

"Il problema che abbiamo immaginato come settore per sostenere la tecnologia delle celle a combustibile a idrogeno è che dobbiamo essere cauti sulla pubblicità e dobbiamo essere in grado di gestire le aspettative", afferma. "È qualcosa che richiede tempo e investimenti. Non accadrà da un giorno all'altro, ma a lungo termine è un'ottima soluzione. "

Questo articolo è originariamente apparso su Ensia

Circa l'autore

Bianca Nogrady è una giornalista scientifica freelance che non ha ancora incontrato una ricerca che non trova affascinante. Scrive per una varietà di punti vendita, tra cui Natura, The Guardian, Australian Geographic, BBC Future e Australian Broadcasting Corporation.  twitter.com/BiancaNogrady biancanogrady.com

Nota del redattore: in passato l'autrice ha scritto contratti per CSIRO, sebbene non relativi al combustibile a idrogeno.

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