Si fa presto a dire idrogeno

Si ritorna a parlare di idrogeno per il trasporto automobilistico e come soluzione al problema energetico. A volte problemi complessi sono ridotti a slogan da scrivere dove la semplificazione la fa da padrona. La realtà, però, è complicata e lenta e va spiegata.

Iniziamo col dire che non esistono miniere o pozzi di idrogeno, l’idrogeno non esiste allo stato naturale sulla terra, quindi l’idrogeno non è una fonte energetica.

L’idrogeno è invece un vettore energetico, ovvero è possibile accumulare dell’energia producendo idrogeno per poi riottenerla quando serve, ossidandolo.

Ci sono due modi per produrre l’idrogeno: per elettrolisi dell’acqua con corrente elettrica o per ossidazione parziale di metano, gpl, carbone e prodotti petroliferi. (steam reforming).

La corrente elettrica viene a sua volta prodotta in Italia per il 70% circa con il petrolio e il gas, quindi per produrre idrogeno attualmente bisogna bruciare combustibili fossili.

E’ anche possibile ottenere l’idrogeno attraverso energie alternative: energia idroelettrica, eolica, fotovoltaica, da biomasse etc.

Uno degli utilizzi sarebbe proprio l’associazione di celle combustibili a un impianto di energia rinnovabile (idroelettrico, eolico, solare) che, per sua natura, è discontinuo: quando c’è energia in eccesso viene prodotto idrogeno che viene stoccato; quando l’impianto non produce energia a sufficienza si riconverte l’idrogeno in acqua e si produce energia elettrica che viene immessa in rete. Complicato, ma può funzionare.

Attenzione però alle biomasse. La desinenza “bio” non è sempre sinonimo di benefici per l’ambiente. In Brasile, per esempio, usano le biomasse (canna da zucchero) per produrre alcool per far funzionare le auto, e questo comporta: inquinamento atmosferico da aldeidi (cancerogene), inquinamento delle acque da raffinerie e distillerie, depauperazione dei terreni e distruzione della foresta a causa dell’estensiva coltivazione della canna da zucchero coltivata come monocultura.

Ben venga comunque la produzione di energia alternativa con altri metodi, ma una volta ottenuta perché produrre idrogeno e continuare a bruciare petrolio nelle centrali? Basta immettere questa energia nella rete elettrica e utilizzare il petrolio risparmiato per produrre benzina, in questo modo non c’è niente da cambiare, non ci sono nuovi distributori da fare e si evita di mandare in giro autoveicoli pericolosi carichi d’idrogeno.

Dal punto di vista energetico poi bruciare direttamente un idrocarburo per far funzionare un’auto è più economico che bruciarlo in una centrale, produrre energia elettrica con cui fare dell’idrogeno che a sua volta deve poi essere ossidato per far funzionare un’auto.

Chiarito che l’idrogeno non è una nuova soluzione energetica alternativa al petrolio, vediamo un pò di valutare se è possibile utilizzarlo per l’autotrasporto allo scopo di ridurre l’inquinamento visto che bruciando produce solo acqua.

Per utilizzare l’idrogeno per l’autotrazione si possono utilizzare motori a combustione interna come quelli a benzina ottenendo, però, un rendimento analogo a quelli a benzina (25-30%).

Il vero problema non è qui, i problemi sono nel trasporto e nell’utilizzo. L’idrogeno è un gas un pò speciale: il primo scoglio si chiama temperatura critica che è quella al di sopra della quale un gas non può essere liquefatto per sola compressione. Se un gas può essere liquefatto se ne possono portare in giro grandi quantità con bombole che richiedono di sopportare pressioni relativamente basse, pari a qualche atmosfera.  Nel caso dell’idrogeno non ci siamo, la temperatura critica dell’idrogeno è di -240 C, quindi, per avere idrogeno liquido nel serbatoio, bisogna andare in giro con un liquido a – 240 C perchè a temperatura ambiente rimane sempre un gas.

Per trasportarne molto quindi occorrono bombole di acciaio a 200 e più atmosfere.

L’idrogeno è infiammabile, esplosivo e la molecola ha dimensioni molto piccole ed è in grado di penetrare facilmente, quindi niente bombole leggere di materiali plastici. È così piccola che s’insinua nelle strutture cristalline dei metalli modificandole e questo li rende fragili. Per esempio il grande serbatoio della navetta spaziale non veniva riciclato al contrario dei booster laterali perché, avendo contenuto idrogeno, non era più affidabile.

Per ultimo, nei motori a combustione si producono ossidi di azoto (i responsabili delle piogge acide) per reazione diretta tra l’ossigeno e l’azoto dell’aria, ma questo avviene solo quando le temperature di combustione sono elevate. E l’idrogeno ha una temperatura di combustione molto più elevata di quella della benzina.

Un altra possibilità per utilizzare l’idrogeno per autotrazione è alimentare delle celle a combustibile per produrre elettricità con la quale si alimenteranno dei motori elettrici. Questo processo ha rendimenti nettamente superiori alla combustione in un motore termico, ma il problema è che per ora le celle a combustibile funzionano solo ad alta temperatura, quindi bisogna preriscaldare la cella prima di iniziare a produrre corrente. Inoltre le celle non sono in grado di seguire la richiesta di potenza del motore perché erogano corrente elettrica in quantità costante. Occorrono perciò altre batterie tradizionali a fare da tampone.

Sono attualmente in valutazione da parte della Germania dei treni che funzionano con questo principio, per le auto i problemi da superare sono ancora grandi.

Quale conclusione? La ricerca è in corso, ma le soluzioni facili per superare i combustibili fossili e i motori a combustione interna non ci sono e non basta enunciarle per vederle realizzate

Pietro Zonca