Idrogeno verde

L’attenzione sulla sostenibilità ambientale e sulla transizione verso un sistema energetico a basse emissioni di carbonio sta portando alla ricerca e allo sviluppo di nuove tecnologie per la produzione di energia pulita. Tra queste tecnologie, l’idrogeno verde rappresenta una promettente fonte di energia sostenibile. In questo articolo vedremo che cos’è l’idrogeno verde, come viene prodotto e tutto quello che rappresenta questa fonte di energia rinnovabile.

Che cos’è l’idrogeno verde

L’idrogeno verde rappresenta una forma di idrogeno pulita, ottenuta attraverso il processo di elettrolisi da fonti di energia rinnovabile. Tale forma di idrogeno non è presente in natura e può essere utilizzata per produrre energia e vapore acqueo senza provocare impatti ambientali negativi. L’energia prodotta dall’idrogeno verde può essere generata ovunque nel mondo, purché le fonti di energia rinnovabile siano disponibili.

Idrogeno verde
Idrogeno verde – (Immagine solo a scopo illustrativa)

Può essere facilmente immagazzinato e utilizzato in diversi settori, come ad esempio nel trasporto, nella produzione di calore per uso industriale e nell’immissione nelle reti di trasporto e distribuzione del gas. La produzione di idrogeno verde rappresenta una soluzione sostenibile e a basso impatto ambientale per la produzione di energia. Può contribuire a ridurre le emissioni di gas a effetto serra e a mitigare i cambiamenti climatici.

L’idrogeno verde rappresenta una valida ed efficiente alternativa ai combustibili fossili, motivo per cui molti Paesi hanno iniziato a investire nelle sue grandi potenzialità. Bisogna però prestare attenzione al processo generativo di questa preziosa risorsa green, poiché non tutto l’idrogeno è pulito.

L’unico tipo di idrogeno sostenibile è quello definito verde, ottenuto dall’elettrolisi dell’acqua mediante l’utilizzo esclusivo di elettricità prodotta da fonti rinnovabili, come il fotovoltaico, l’eolico o l’idroelettrico. Tale idrogeno viene definito verde poiché si distingue dall’idrogeno blu e grigio, i quali sono ottenuti rispettivamente dalla riforma del gas naturale e dalla gassificazione del carbone o del gas naturale, senza l’utilizzo di fonti rinnovabili.

L’uso di idrogeno verde rappresenta una soluzione sostenibile e a basso impatto ambientale per la produzione di energia, in quanto non emette gas a effetto serra e può essere prodotto ovunque nel mondo utilizzando fonti di energia rinnovabile. Pertanto, il suo utilizzo può contribuire significativamente alla riduzione delle emissioni di gas serra e alla mitigazione dei cambiamenti climatici.

Produzione dell’idrogeno verde

L’idrogeno verde viene prodotto attraverso processi di elettrolisi dell’acqua alimentati da fonti di energia rinnovabile, come celle solari o energia eolica. Questo processo genera idrogeno senza produrre emissioni di gas serra, rendendolo una soluzione ideale per ridurre la dipendenza dalle fonti di energia fossile e per mitigare i cambiamenti climatici.

Futuro Idrogeno Verde - Produzione dell'idrogeno verde
Produzione dell’idrogeno verde

In questo contesto, la ricerca scientifica sta concentrando i propri sforzi su nuove tecnologie, come la cella fotoelettrochimica (PEC), per rendere la produzione di idrogeno verde più efficiente ed economica. Questo articolo esplorerà le attuali ricerche e sviluppi in questo campo, analizzando le sfide e le opportunità per l’implementazione su larga scala dell’idrogeno verde.

Negli ultimi dieci anni, la scissione solare dell’acqua ha registrato significativi progressi, con i migliori elettrolizzatori che sono in grado di prelevare la tensione necessaria dai moduli fotovoltaici o dall’energia eolica, raggiungendo rendimenti fino al tren6ta per cento. Questo metodo, noto come approccio indiretto, presenta un’efficace strategia per produrre idrogeno verde in modo efficiente ed economico.

La ricerca sull’idrogeno verde

Diversi team di ricerca stanno concentrando i loro sforzi su un approccio diretto alla scissione solare dell’acqua. In particolare, stanno sviluppando dei fotoelettrodi in grado di convertire l’energia luminosa del sole in energia elettrica, che sia stabile in soluzioni acquose e in grado di promuovere cataliticamente la scissione dell’acqua. Tali fotoelettrodi sono costituiti da assorbitori di luce accoppiati a materiali catalizzatori, formando il componente attivo di una cella fotoelettrochimica.

Attualmente, le migliori celle basate su assorbitori di ossido di metallo stabili e a basso costo raggiungono già efficienze prossime al dieci per cento. Benché le celle siano meno efficienti degli elettrolizzatori alimentati da fotovoltaico, presentano importanti vantaggi. Ad esempio, il calore generato dalla luce solare può essere utilizzato per accelerare ulteriormente le reazioni all’interno della cella.

Le densità di corrente sono notevolmente inferiori rispetto all’approccio indiretto, oscillando tra dieci e cento volte inferiori. Gli sforzi dei team di ricerca sono rivolti allo sviluppo di tecnologie innovative per la produzione di idrogeno verde, al fine di sostenere la transizione verso un sistema energetico sostenibile e a basse emissioni di carbonio.

Dalle analisi tecnico-economiche e dalle valutazioni energetiche nette condotte finora, emerge che l’approccio basato sulla tecnologia della cella fotoelettrochimica per la produzione di idrogeno verde non è ancora competitivo per quanto riguarda l’implementazione su larga scala.

Tempi di recupero energetico

Inizialmente, gli scienziati hanno effettuato dei calcoli per determinare la quantità di energia necessaria per produrre una cella fotoelettrochimica costituita da assorbitori di luce, materiali catalizzatori e altri componenti come il vetro. Inoltre, hanno valutato il periodo di tempo necessario affinché la cella possa generare energia chimica sotto forma di idrogeno o metilsolfonato.

Per la sola produzione di idrogeno, il cosiddetto tempo di ritorno dell’energia si aggira intorno ai diciassette anni, assumendo una modesta efficienza del cinque per cento dalla conversione solare all’idrogeno. Se il due per cento dell’idrogeno prodotto viene utilizzato per convertire il metanolo (MSA), il tempo di ritorno dell’energia si dimezza.

Invece, se il trenta per cento dell’idrogeno viene convertito in MSA, l’energia di produzione può essere recuperata dopo soli due anni. Questo rende il processo molto più sostenibile e competitivo, come affermato dai ricercatori. Uno dei motivi di questa maggiore sostenibilità è che l’energia necessaria per sintetizzare l’MSA in una cella è solo un settimo del fabbisogno energetico dei processi di produzione dell’MSA convenzionale.

Il futuro e l’utilizzo dell’Idrogeno Verde in Italia

L’idrogeno verde rappresenta una delle soluzioni più promettenti per ridurre le emissioni di gas a effetto serra e combattere il cambiamento climatico. In Italia, l’utilizzo di questa forma di idrogeno sta diventando sempre più importante, soprattutto nel settore dei trasporti e dell’energia. Alcuni importanti progetti pilota sono già in corso, come ad esempio la costruzione di una stazione di rifornimento di idrogeno a Milano e la realizzazione di un impianto di produzione di idrogeno verde a Taranto.

Per sfruttare appieno il potenziale dell’idrogeno verde, sono necessari ulteriori investimenti in ricerca e sviluppo, nonché in infrastrutture per la produzione, la distribuzione e l’utilizzo di questa forma di energia pulita. Bisogna valutare attentamente gli aspetti economici e sociali dell’introduzione dell’idrogeno verde, al fine di garantire una transizione sostenibile verso un’economia a basse emissioni di carbonio.

Conclusioni sull’idrogeno verde

Secondo quanto spiegato dai ricercatori, il sistema di celle fotoelettrochimiche (PEC) è flessibile e in grado di produrre anche altri prodotti chimici di valore che attualmente sono richiesti. L’unità PEC presenta il vantaggio di avere componenti fissi che rappresentano la maggior parte dei costi di investimento, mentre solo il catalizzatore di idrogenazione e la materia prima devono essere sostituiti.

Questo approccio offre un modo per ridurre significativamente il costo di produzione dell’idrogeno verde e aumentare la fattibilità economica della tecnologia PEC. La riflessione attenta sul processo ha permesso di individuare un percorso per rendere la produzione di idrogeno verde più efficiente ed economica.

Il passo successivo consiste nel testare in laboratorio l’efficacia della produzione simultanea di idrogeno e MSA e valutare la sua fattibilità pratica. In conclusione, la flessibilità del sistema PEC e la produzione di prodotti chimici di valore aggiunto sono fattori che potrebbero contribuire a rendere la tecnologia PEC più sostenibile e competitiva sul mercato.

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