Produzione di idrogeno

Produzione di idrogeno

La produzione mondiale di idrogeno, nel 2000, è stata di circa 50 milioni di tonnellate, equivalente ad una potenza termica continua annua di circa 200 GW. La domanda di idrogeno del solo settore della raffinazione del greggio dovrebbe, secondo le previsioni, raddoppiare o addirittura quadruplicare nel prossimo decennio; a questa andrà aggiunta la futura domanda proveniente da altri settori industriali ed in particolare dal settore trasporti.

Attualmente la maggior parte della produzione di idrogeno, in generale in impianti di grande taglia, avviene utilizzando idrocarburi o carbone. Tali metodi di produzione comportano la immissione in atmosfera di gas serra come la CO₂.

La cattura e il confinamento della CO₂ non può che essere una tappa intermedia, con non pochi problemi di fattibilità, nella transizione ad un modello energetico di scala planetaria basato sul vettore idrogeno. Il traguardo finale sarà costituito in ogni caso da processi di produzione di energia senza emissioni di gas serra, serviti da vettori di trasmissione quali energia elettrica ed idrogeno.

Schema concettuale di impianto per la produzione di idrogeno tramite sistemi solari a concentrazione

Nel futuro, uno dei problemi fondamentali sarà la produzione di idrogeno su larga scala a costi competitivi ed in modo sostenibile. Ciò significa l'uso di acqua come materia prima e di una fonte energetica primaria che non produca gas serra. Le due opzioni possibili sono ad oggi, per le fonti primarie, il ricorso all'energia solare concentrata ovvero all'uso dell'energia nucleare con reattori nucleari di nuova generazione.
La produzione di idrogeno ottenuta con processi termochimici o termofisici, utilizzando come fonte primaria energia solare ad alta o altissima temperatura, rappresenta una risposta di grande valenza in termini di risorse energetiche disponibili, di compatibilità ambientale e di potenziale riduzione dei costi di produzione, dato l'alto rendimento complessivo di trasformazione.

Il programma ENEA di ricerca e sviluppo dei processi per la produzione di idrogeno con sistemi solari a concentrazione è orientato sui seguenti obiettivi:

• elevata efficienza nella conversione da energia solare a idrogeno;
• ciclo chimico che possa essere realizzato in impianti relativamente semplici e con processi affidabili;
• uso di sostanze chimiche a basso impatto ambientale, disponibili in abbondanza e a basso costo.

Tra i processi termochimici l'ENEA ha preso in esame i seguenti quattro cicli, che si trovano a differenti livelli di fattibilità tecnico-scientifica o di sviluppo:

• Ferriti miste (Tmax ~ 750 °C)
• Zolfo-Iodio (Tmax ~ 850 °C)
• Zinco-Zinco ossido (Tmax ~ 2000 °C)
• Processo UT-3 (Tmax ~ 760 °C).

Questi processi si differenziano per vari fattori, quali temperatura massima del ciclo, numero e complessità delle operazioni unitarie coinvolte, caratteristiche ed impatto ambientale delle sostanze utilizzate, rendimento complessivo del ciclo, e, come già detto, per il livello di sviluppo e di fattibilità scientifica e tecnica.
Tra i processi che sono ad uno stadio di ricerca più avanzato nei laboratori ENEA, oltre a quello delle ferriti miste (interessante per la semplicità del ciclo), va evidenziato il processo zolfo-iodio.