Cos'è l'idrogeno e può davvero diventare una soluzione al cambiamento climatico?

L'idrogeno, o H₂, sta ricevendo molta attenzione ultimamente poiché i governi di Stati Uniti, Canada ed Europa spingere per tagliare le loro emissioni di gas serra.

Ma cos’è esattamente l’H₂ ed è davvero una fonte di energia pulita?

Sono specializzato in ricerca e sviluppo di tecniche di produzione di H₂.Ecco alcuni fatti chiave su questa versatile sostanza chimica che potrebbe svolgere un ruolo molto più importante nelle nostre vite in futuro.

Allora, cos’è l’idrogeno?

Idrogeno è il elemento più abbondante nell'universo, ma poiché è così reattivo, non si trova da solo in natura.Invece, è tipicamente legato ad altri atomi e molecole nell’acqua, nel gas naturale, nel carbone e persino nella materia biologica come piante e corpi umani.

Tuttavia l’idrogeno può essere isolato.E da sola, la molecola H₂ è un potente vettore energetico altamente efficace.

Lo è già utilizzato nell'industria produrre ammoniaca, metanolo E acciaio e dentro raffinazione petrolio greggio.Come carburante, può immagazzinare energia e ridurre le emissioni dei veicoli, compresi gli autobus navi mercantili.

L’idrogeno può anche essere utilizzato per generare elettricità con emissioni di gas serra inferiori rispetto alle centrali elettriche a carbone o gas naturale.Questo potenziale sta ricevendo più attenzione poiché il NOI.Il governo propone nuove regole ciò richiederebbe alle centrali elettriche esistenti di ridurre le emissioni di anidride carbonica.

Poiché può essere immagazzinato, l’H₂ potrebbe aiutare a superare i problemi di intermittenza associati alle fonti di energia rinnovabile come l’eolico e il solare.Può anche essere miscelato con il gas naturale nelle centrali elettriche esistenti per ridurre le emissioni dell’impianto.

L’uso dell’idrogeno nelle centrali elettriche può ridurre le emissioni di anidride carbonica se miscelato o da solo turbine specializzate, o dentro celle a combustibile, che consumano H₂ e ossigeno, o O₂, per produrre elettricità, calore e acqua.Ma in genere non è del tutto privo di CO₂.Ciò è in parte dovuto al fatto che isolare l’H₂ dall’acqua o dal gas naturale richiede molta energia.

Come viene prodotto l'idrogeno?

Esistono alcuni modi comuni per produrre H₂:

• Elettrolisi può isolare l’idrogeno dividendo l’acqua – H₂O – in H₂ e O₂ utilizzando una corrente elettrica.

• Riforma del metano utilizza il vapore per dividere il metano, o CH₄, in H₂ e CO₂.Per questo processo di scissione è possibile utilizzare anche ossigeno e vapore oppure CO₂.

• Gassificazione trasforma materiali a base di idrocarburi, compresi biomassa, carbone o addirittura rifiuti urbani – in gas di sintesi, un gas ricco di H₂ che può essere utilizzato come combustibile sia da solo che come precursore per la produzione di prodotti chimici e combustibili liquidi.

Ognuno ha vantaggi e svantaggi.

Verde, blu, grigio: cosa significano i colori?

L’idrogeno è spesso descritto dai colori per indicare quanto sia pulito o privo di CO₂.Il più pulito è idrogeno verde.

Verde H₂ è prodotto utilizzando l'elettrolisi alimentata da fonti di energia rinnovabile, come l'energia eolica, solare o idroelettrica.Sebbene l’idrogeno verde sia completamente privo di CO₂, è costoso, circa 4-9 dollari al chilogrammo ($ 2-$ 4 per libbra) a causa dell'elevata energia richiesta per dividere l'acqua.

Altre tecniche a minore consumo energetico possono produrre H₂ a un costo inferiore, ma emettono comunque gas serra.

Grigio H₂ è il tipo più comune di idrogeno.È ottenuto dal gas naturale attraverso il reforming del metano.Questo processo rilascia anidride carbonica nell'atmosfera e costa in giro $ 1-$ 2,50 al chilogrammo (50 centesimi-$ 1 per libbra).

Se le emissioni di CO₂ dell’idrogeno grigio vengono catturate e bloccate in modo da non essere rilasciate nell’atmosfera, possono diventare idrogeno blu.I costi sono più alti, intorno al $ 1,50- $ 3 al chilogrammo (70 centesimi – 1,50 dollari per libbra) da produrre, e le emissioni di gas serra possono ancora fuoriuscire quando il gas naturale viene prodotto e trasportato.

Un'altra alternativa è idrogeno turchese, prodotto utilizzando sia risorse rinnovabili che non rinnovabili.Le risorse rinnovabili forniscono energia pulita da convertire metano – CH₄ – in H₂ e carbonio solido, piuttosto che l’anidride carbonica che deve essere catturata e immagazzinata.Questo tipo di tecnologia della pirolisi è ancora nuovo e il costo stimato è compreso tra $ 1,60 e $ 2,80 al chilogrammo (70 centesimi-$ 1,30 per libbra).

Possiamo spegnere le luci sui combustibili fossili adesso?

Oltre il 95% dell'H₂ prodotto negli Stati Uniti oggi è l’idrogeno grigio prodotto con gas naturale, che emette ancora gas serra.

La possibilità che l’H₂ possa affermarsi come alternativa al gas naturale per l’industria energetica e altri usi, come i trasporti, il riscaldamento e i processi industriali, dipenderà dalla disponibilità di energia rinnovabile a basso costo per l’elettrolisi per generare H₂ verde.

Dipenderà anche da sviluppo ed espansione di gasdotti e altre infrastrutture per immagazzinare, trasportare ed erogare H₂ in modo efficiente.

Senza l’infrastruttura, l’uso di H₂ non crescerà rapidamente.È una versione moderna di “Chi è venuto prima, l’uovo o la gallina?” L’uso continuato di combustibili fossili per la produzione di H₂ potrebbe stimolare gli investimenti nelle infrastrutture per l’H₂, ma l’utilizzo di combustibili fossili rilascia gas serra.

Cosa riserva il futuro all’idrogeno?

Sebbene l'idrogeno verde e blu stanno emergendo progetti, sono piccoli finora.

Politiche come i limiti alle emissioni di gas serra in Europa e gli Stati Uniti entro il 2022 Legge sulla riduzione dell’inflazione, che offre crediti d’imposta fino a 3 dollari per chilogrammo (1,36 dollari per libbra) di H₂, potrebbe contribuire a rendere l’idrogeno più pulito più competitivo.

Si prevede che la domanda di idrogeno aumenterà aumentare da due a quattro volte al livello attuale entro il 2050.Affinché l’H₂ diventi verde richiederebbe quantità significative di energia rinnovabile nello stesso momento in cui vengono costruiti nuovi impianti solari, eolici e altre fonti di energia rinnovabile per fornire elettricità direttamente al settore energetico.

Sebbene l’idrogeno verde sia una tendenza promettente, non è l’unica soluzione per soddisfare il fabbisogno energetico mondiale e gli obiettivi energetici senza emissioni di carbonio.Per soddisfare il fabbisogno energetico mondiale in modo sostenibile sarà probabilmente necessaria una combinazione di fonti energetiche rinnovabili e H₂ pulito, tra cui blu, verde o turchese.