Al giorno d’oggi, l’idrogeno viene utilizzato in diversi processi industriali. Tra le altre applicazioni, è importante sottolineare il suo utilizzo come materia prima nell’industria chimica e anche come agente riduttore nell’industria metallurgica.
L’idrogeno è utilizzato nella produzione di acciai al carbonio, metalli speciali e semiconduttori. Nell’industria elettronica è ampiamente utilizzato come agente riducente e come gas di trasporto. L’idrogeno di elevata purezza viene anche utilizzato come gas di trasporto nella gascromatografia.
L’idrogeno è un elemento fondamentale per la produzione di ammoniaca, e quindi fertilizzanti, e di metanolo, utilizzato nella fabbricazione di molti polimeri. Le raffinerie, dove l’idrogeno viene utilizzato per la lavorazione di prodotti petroliferi intermedi, sono un’altra area di utilizzo. Pertanto, circa il 55% dell’idrogeno prodotto nel mondo viene utilizzato per la sintesi dell’ammoniaca, il 25% nelle raffinerie e circa il 10% per la produzione di metanolo. Le altre applicazioni in tutto il mondo rappresentano solo il 10% circa della produzione globale di idrogeno.
Ammoniaca – Fertilizzanti
Il composto idrogeno-azoto più importante è l’ammoniaca (NH3), nota anche come azano. Tecnicamente, l’ammoniaca è ottenuta su larga scala dal processo Haber-Bosch. Questo processo combina idrogeno e azoto insieme direttamente per sintesi. A tal fine, i materiali di partenza azoto e idrogeno devono essere prima ottenuti. Nel caso dell’azoto ciò si ottiene mediante la separazione dell’aria a bassa temperatura, mentre l’idrogeno proviene oggi dal reforming con vapore del gas naturale.
Quasi il 90% dell’ammoniaca va nella produzione di fertilizzanti. A tal fine, gran parte dell’ammoniaca viene convertita in sali fertilizzanti solidi o, dopo ossidazione catalitica, in acido nitrico (HNO3) e suoi sali (nitrati). Grazie alla sua elevata energia di evaporazione, l’ammoniaca viene utilizzata anche negli impianti di refrigerazione come refrigerante ecologico e prodotto a basso costo; il suo nome tecnico è R-717.
Campi industriali
L’idrogeno è utilizzato in varie applicazioni industriali; questi includono la lavorazione dei metalli (principalmente nelle leghe metalliche), la produzione di vetro piano (idrogeno utilizzato come gas inertizzante o protettivo), l’industria elettronica (utilizzata come gas protettivo e di trasporto, nei processi di deposizione, per la pulizia, nell’attacco, nei processi di riduzione, ecc.) e applicazioni nella generazione di elettricità, ad esempio per il raffreddamento di generatori o per la prevenzione della corrosione nelle condutture delle centrali elettriche.
La riduzione diretta del minerale di ferro, ovvero la separazione dell’ossigeno dal minerale di ferro mediante idrogeno e gas di sintesi, potrebbe trasformarsi in un importante processo industriale nella produzione dell’acciaio, poiché nel metodo tradizionale dell’altoforno vengono rilasciate grandi quantità di carbonio. Mentre la riduzione diretta con il gas naturale è ormai ben consolidata nella produzione di acciaio (World Steel Association 2015), i metodi di produzione corrispondenti basati sull’idrogeno finora esistono solo su scala pilota.
Produzione di carburante
L’idrogeno viene utilizzato per trasformare il petrolio greggio in combustibili raffinati, come benzina e diesel, e anche per rimuovere contaminanti, come lo zolfo, da questi combustibili.
L’uso dell’idrogeno nelle raffinerie è aumentato negli ultimi anni per diversi motivi:
(i) le rigide normative che richiedono un basso tenore di zolfo nel diesel,
(ii) l’aumento del consumo di petrolio greggio “pesante” di bassa qualità, che richiede più idrogeno per raffinare e
(iii) l’aumento del consumo di petrolio nelle economie in via di sviluppo come Cina e India.
Circa il 75% dell’idrogeno attualmente consumato in tutto il mondo dalle raffinerie di petrolio è fornito da grandi impianti di idrogeno che generano idrogeno dal gas naturale o da altri combustibili idrocarburici
L’idrogeno è anche un’importante sostanza di base per la produzione di metanolo (CH 3 OH). La produzione di metanolo (sintesi del metanolo) avviene mediante l’idrogenazione catalitica del monossido di carbonio.
Il metanolo può essere utilizzato direttamente come carburante nei motori a combustione interna. Viene anche utilizzato nelle celle a combustibile a metanolo diretto o, dopo il reforming, nelle celle a combustibile PEM. Gli additivi per carburanti sono prodotti dal metanolo e vengono utilizzati per transesterificare gli oli vegetali per formare esteri metilici (biodiesel).
I carrelli industriali a celle a combustibile, come i carrelli elevatori o i carri attrezzi (aeroporti) sono particolarmente adatti per il funzionamento all’interno, perché non producono emissioni inquinanti locali e solo basse emissioni sonore. I veicoli a celle a combustibile presentano vantaggi rispetto ai camion industriali a batteria in termini di rifornimento. Invece di dover sostituire la batteria, i camion possono essere riforniti in due o tre minuti.Occupano meno spazio e sono più economici da mantenere e riparare.
I carrelli industriali a celle a combustibile consentono un uso ininterrotto e sono quindi particolarmente adatti per il funzionamento di flotte su più turni nella movimentazione dei materiali (FCTO 2014b). Nel caso di flotte di autocarri industriali più grandi in funzionamento su più turni, è possibile ottenere una (moderata) riduzione dei costi rispetto alla tecnologia delle batterie e anche aumentare la produttività nella movimentazione dei materiali.
Per approfondire l’argomento:
STAZIONI DI SERVIZIO ad IDROGENO
APPLICAZIONI IN AVIAZIONE CIVILE
APPLICAZIONI MARITTIME DELL’IDROGENO
PRODUZIONE D’IDROGENO CON RINNOVABILI
Vedi anche @Hydrogen Europe
