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L’idrogeno e gli esempi ignorati

by Giuseppe Cristoforoni

Il progetto MYRTE, installato ad Ajaccio, rappresenta l’esempio del più grande impianto fotovoltaico con sistema di accumulo ad idrogeno. MYRTE è l’acronimo di Missione idrogeno rinnovabile per l’integrazione alla rete elettrica, il cui costo si aggira circa sui 21 milioni di euro ed è stato finanziato dalla collettività della Corsica, dalla Francia e dall’UE. La piattaforma MYRTE è dedicata alla produzione e allo stoccaggio di energia a partire dalla radiazione solare. Lo scopo è quello di ridistribuire quest’energia nella rete elettrica durante i periodi di forti consumi giornalieri o per compensare le variazioni brutali della potenza fornita dalla centrale fotovoltaica. Perciò l’obiettivo della piattaforma è quello di produrre e immagazzinare l’energia tramite una catena Idrogeno. Questa è composta da un elettrolizzatore che produce, durante le ore di basso consumo, idrogeno e ossigeno a partire dalla molecola d’acqua. Quest’energia viene poi restituita tramite una cella a combustibile, che ricombina l’idrogeno e l’ossigeno in acqua e produce elettricità sulla rete, per esempio durante le ore di alto consumo, cioè la sera mentre i pannelli fotovoltaici sono inattivi. Questo dispositivo produce anche calore che può essere immagazzinato per diversi altri usi.

Produrre energia da fonti rinnovabili da conservare per utilizzarla dove e quando serve. Stoccaggio e gestione – sia della produzione che della domanda variabile di elettricità – sono una delle più grandi sfide della tecnologia. Ebbene, la sfida è stata vinta in Puglia con la realizzazione di INGRID, un impianto pilota da 39 MWh, costituito da un elettrolizzatore da 1.2 MW, un sistema di accumulo dell’idrogeno solido, una cella a combustibile e sistemi ICT di monitoraggio e controllo in tempo reale. L’idrogeno viene prodotto tramite elettricità da fonti rinnovabili attraverso un elettrolizzatore collocato nei pressi di uno snodo della rete elettrica caratterizzato da congestioni, in maniera tale da sfruttare energia che altrimenti verrebbe persa. L’idrogeno viene poi stoccato in moduli di magnesio. Tali moduli, brevetto della società francese McPhy Energy, hanno la capacità di immagazzinare in forma solida e sicura l’idrogeno,“come una sorta di spugna”. Una parte dell’idrogeno stoccato, tramite un sistema di celle a combustibile, ha la finalità di produrre elettricità in tempi e modalità ottimali. Si sono ipotizzati diversi scenari dimostrativi per l’utilizzo dell’energia stoccata: stazione dimostrativa di ricarica di auto elettriche; vendita e utilizzo dell’idrogeno; re-immissione programmata di energia elettrica nella rete elettrica.

È affidabile, costa poco e garantisce maggiore sicurezza nello stoccaggio di idrogeno. Così l’ENEA definisce il nuovo sistema brevettato a seguito di uno studio condotto da un gruppo di ricercatori della Divisione “Tecnologie e Processi dei Materiali per la Sostenibilità”. Si tratta di idrogeno in pastiglie: rivestite, indeformabili, composte da polveri inserite all’interno di opportune matrici e compattate tramite pressatura. Il processo fa sì che si ottengano le forme desiderate e facilmente maneggiabili a seconda delle esigenze. L’invenzione permetterebbe di superare i limiti dei sistemi convenzionali di stoccaggio di idrogeno, aprendo nuovi scenari che proiettano la ricerca verso la sperimentazione di sistemi di accumulo in forma solida, “più compatti, più sicuri e più resistenti all’invecchiamento”.

L’idrogeno costituisce un buon mezzo per l’accumulo di energia elettrica prodotta con fonti rinnovabili (fotovoltaico con accumulo ad idrogeno) ed ha il vantaggio di essere anche un vettore. Pertanto, l’idrogeno può essere utilizzato per rendere l’utilizzatore di un sistema fotovoltaico completamente autosufficiente, o quasi, dalla rete di distribuzione, soprattutto per impieghi di potenza relativamente piccola. Pertanto, un sistema fotovoltaico con accumulo ad idrogeno – che potrà operare in modalità stand-alone oppure connesso alla rete di distribuzione pubblica – sarà composto, fondamentalmente: dai pannelli fotovoltaici come sorgente di energia, da un elettrolizzatore, da una cella a combustibile, da un eventuale gruppo batterie, da un inverter, infine, da un sistema di misura e monitoraggio. Un elettrolizzatore di taglia piccola o medio-piccola che genera 170 litri di idrogeno all’ora produrrà un metro cubo di gas in circa 6 ore. Il prezzo a Kwh di quest’accumulo potrebbe crollare se si sviluppasse un mercato di massa.

Il Pelamis wave power produce energia dalle onde grazie ad un sistema idraulico che si attiva con i movimenti dei diversi segmenti di cui è composto. Il CETO in virtù del moto ondoso aziona una pompa che eroga acqua ad alta pressione che serve ad azionare una turbina idroelettrica in riva. Non importa quale tecnologia venga utilizzata, ma una cosa è certa: l’energia dalle onde è una risorsa preziosa che potrebbe contribuire a ridurre la nostra dipendenza dai combustibili fossili.

La turbina marina ad asse orizzontale GEM, l’Aquilone del mare, è una turbina idrocinetica progettata per produrre energia pulita da correnti marine e fluviali. Posizionata sott’acqua alla profondità voluta, funziona come un aquilone, allineandosi alla direzione della corrente in modo autonomo. Il prototipo da 100 Kw ha una produzione media annua, per un sito con velocità della corrente massima di 2,5 m/s, di circa 300 MWh. Da noi le energie marine sono sì inferiori rispetto a quelle oceaniche, ma le si può sfruttare con più continuità, mentre la sperimentazione di nuovi dispositivi è sicuramente più facile. Inoltre, il fatto che nel Mediterraneo le risorse siano molto variabili nel tempo, obbliga i nostri ricercatori a ingegnarsi per creare sistemi flessibili, che funzionino in qualsiasi condizione, e che saranno quindi più facili da vendere ovunque nel mondo. Infine, una ricerca del 2012, che usando un modello matematico ha valutato le potenze disponibili lungo le coste mediterranee, ha rivelato che l’Italia è l’unico paese dell’area con serie possibilità di sfruttare l’energia marina, soprattutto lungo le coste occidentali sarde e nel canale di Sicilia. Lì la potenza delle onde arriva a 12 Kw/metro nel primo caso e a 9 Kw/metro nel secondo. Apparentemente poco rispetto ai 50 Kw/m delle coste del nord Atlantico, ma in realtà, per i motivi detti prima, quasi ugualmente valida. Quindi spetta a noi Italiani, che non abbiamo sbocchi sull’oceano, muoverci per creare le tecnologie adatte.

Ci vuole tanto ad immaginare di fare con non cospicui investimenti un assemblaggio di alcune delle tecnologie già sperimentate per spingerle a svilupparsi rendendole commerciabili e quindi competitive? Abbiamo, quindi, promosso un progetto per produrre e immagazzinare l’energia tramite una catena all’Idrogeno da vere rinnovabili.

Prendiamo il GEMSTAR di cui sora. L’energia prodotta viene portata a riva tramite brevi cavidotti sottomarini e convogliata in un inverter. Una volta trattata, tramite l’inverter, l’energia elettrica, sarà disponibile ed utilizzabile, ma non verrà immessa in rete bensì in un elettrolizzatore ad acqua marina progettato da un team di ricercatori della Stanford University. Chiave dell’innovazione è il perfezionamento del processo di elettrolisi grazie a materiali che proteggono gli elettrodi dalla corrosione del cloruro di sodio presente nelle acque salmastre. Da questo elettrolizzatore si otterrà idrogeno e ossigeno. L’idrogeno sarà a sua volta immesso in un catalizzatore, convogliato e poi stoccato in dischi, pillole. L’ossigeno stoccato in serbatoi. In parallelo, saranno realizzati i dischi contenitori per accumulare l’idrogeno in modo sicuro e maneggevole. Le polveri si ottengono mediante un processo di macinazione ad alta energia che impiega un mulino a sfere. Nel processo si producono anche calore, anch’esso utilizzabile, e ossigeno, stoccato in serbatoi, utile per accelerare il funzionamento delle celle a combustibile.

L’utilizzo finale di queste “pillole”, una volta idrogenate, sarà quello di riempire i serbatoi di automobili, camion, case, uffici, o grandi fabbriche. Per liberare l’idrogeno dalle pillole necessita un catalizzatore di restituzione, con procedimento inverso al primo. L’idrogeno così liquefatto riempirà i serbatoi di destinazione per ad alimentare le celle a combustibile che trasformeranno l’idrogeno in energia elettrica. Il tutto senza idrogenodotti, cavidotti, trasporti in autobotti e, soprattutto, senza danni alla salute e all’ambiente!

Fra gli scopi del progetto vi è in particolare lo studio e la realizzazione del catalizzatore inverso destinato alle autovetture. Oggi le auto a idrogeno esistono e sono in commercio. Il loro problema è l’approvvigionamento, vista la mancanza di colonnine di distribuzione. L’idea è quella di liberare la auto da questa servitù, appunto con un catalizzatore inverso posizionabile facilmente all’interno dell’autovettura, rendendola indipendente dai classici distributori. Le “pillole” potrebbero addirittura essere acquistate nei supermercati.

Il progetto, come è evidente, è replicabile per tutte le fonti di energia prodotta da vere rinnovabili, quali: centrali fotovoltaiche; eoliche; idroelettriche; geotermiche; da moto ondoso; da correnti marine.

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