FONTI PER LA PRODUZIONE DELL'ENERGIA ELETTRICA : IDROGENO

IDROGENO

In chimica l'idrogeno (H) è il più piccolo e leggero elemento della tavola periodica ed è costituito da un elettrone (carica negativa) che orbita attorno al nucleo composto da un protone (carica positiva).

Malgrado sia l'elemento più comune nell'universo, a causa della sua elevata reattività, si trova quasi sempre legato ad altre sostanze, come ad esempio l'acqua, il gas naturale e ad altri idrocarburi.

Sono noti tre isotopi:
- protio 1H con solo un protone è l'Idrogeno comune;
- deuterio 2H con un protone ed un neutrone, si trova nel protio in percentuale dello 0,027%, il suo ossido è detto acqua pesante;
- tritio 3H con un protone e due neutroni è prodotto artificialmente.

COME SI PRODUCE

A livello industriale l'idrogeno è un gas di grande importanza, usato come materia prima in un gran numero di operazioni chimiche, esso viene ricavato principalmente dagli idrocarburi, mediante reforming o altri processi di conversione chimica, sia dal carbone mediante gassificazione.

L’idrogeno può essere ottenuto anche dall’acqua tramite elettrolisi o da fonti rinnovabili come le biomasse ed i rifiuti organici, anche se con costi ancora molto alti.

La produzione d’idrogeno tramite elettrolisi dell'acqua utilizzando energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili (eolico, fotovoltaico, idroelettrico) è una soluzione totalmente priva di emissioni ed è oggetto di studi da parte di molti enti.

COSA SONO LE FUEL CELLS

Le celle a combustibile sono dei sistemi elettrochimici capaci di convertire l’energia chimica di un combustibile (in genere idrogeno) direttamente in energia elettrica, senza l’intervento intermedio di un ciclo termico, e pertanto presentano rendimenti di conversione più elevati rispetto a quelli delle macchine termiche convenzionali. Il loro rendimento totale si attesta attorno al 50%, ciò significa che l’energia elettrica prodotta rapportata al combustibile utilizzato, costa meno della metà dell’energia prodotta con sistemi tradizionali.

Una singola cella produce normalmente circa 0,7 V, quindi per ottenere la potenza e il voltaggio desiderato più celle sono disposte in serie, a mezzo di piatti bipolari, a formare il cosiddetto stack.

Gli stack a loro volta sono assemblati in moduli, per ottenere generatori della potenza richiesta.

L’aspetto che conferisce ancora più importanza strategica alle celle a combustibile, consiste nella assenza totale di emissioni inquinanti in atmosfera, infatti la cella a combustibile converte per via elettrochimica (senza combustione) l’idrogeno e l’ossigeno dell’aria direttamente in corrente elettrica, generando come sottoprodotto del processo acqua calda e calore.

Esistono diverse tecnologie di cella, con diverse caratteristiche e grado di sviluppo. Normalmente le celle vengono classificate sulla base dell’elettrolita utilizzato (celle alcaline, a elettrolita polimerico, ad acido fosforico, a carbonati fusi, a ossidi solidi) o alla temperatura di funzionamento (celle a bassa e alta temperatura).

Le celle a elettrolita polimerico (PEM, Polymer Electrolyte Membrane), usano come elettrolita una membrana polimerica a elevata conducibilità protonica e funzionano a temperature comprese tra 70 e 100 °C; sono sviluppate soprattutto per la trazione elettrica e la generazione/cogenerazione di piccola taglia (1-250Kw). Si stanno affermando come tipologia di punta sia dal punto di vista produttivo che commerciale.

L’idrogeno è considerato il combustibile del futuro: le sue particolari caratteristiche ne fanno una fonte d'energia ideale. E’ compatibile con l'ambiente in quanto il suo utilizzo non produce emissioni inquinanti ed ha il più alto contenuto energetico per unità di massa fra tutti i combustibili. A temperatura ambiente è un gas incolore, inodore e praticamente insolubile in acqua. Esso non può essere definito una fonte energetica in quanto la sua produzione deriva dall'elaborazione di altri prodotti; per questo motivo viene più correttamente classificato come vettore energetico (come la benzina, il gasolio ed il gpl).

L’ambito emergente di utilizzo dell’idrogeno è il settore delle fuel cells, nel quale viene impiegato per produrre energia elettrica con alti rendimenti e nessun inquinamento.