Uno dei principali vantaggi dell’idrogeno è che può essere prodotto da energie rinnovabili (in eccesso) e, a differenza dell’elettricità, può anche essere immagazzinato in grandi quantità per lunghi periodi di tempo. Per questo motivo l’idrogeno prodotto su scala industriale potrebbe svolgere un ruolo importante nella transizione energetica.
Le batterie non sono adatte per immagazzinare nel tempo grandi quantità di elettricità a differenza dell’idrogeno che può anche essere immagazzinato in grandi quantità per lunghi periodi di tempo.
Tuttavia, l’idrogeno può integrare le batterie nel settore dei trasporti. Il sistema di accumulo di energia ottimale per i veicoli risiede nei sistemi a idrogeno e batteria. Il sistema a idrogeno fornirebbe lo stoccaggio di energia alla rinfusa, mentre una batteria di capacità energetica relativamente piccola consentirebbe la frenata rigenerativa, soddisfare le richieste di potenza di picco e generalmente tamponare la cella a combustibile contro i cambiamenti di carico per prolungarne la durata. Questo uso complementare dell’idrogeno e dello stoccaggio della batteria è precisamente la disposizione impiegata da Honda nella sua auto a idrogeno FCX Clarity che è ora disponibile in commercio in numero limitato.
Oltre ad altre misure di domanda e offerta, lo stoccaggio di energia può svolgere un ruolo importante nella migliore integrazione del sistema. Lo stoccaggio di elettricità a breve termine nelle batterie per piccoli impianti si sta sviluppando in modo dinamico, tuttavia, lo stoccaggio a lungo termine di maggiori quantità di elettricità in eccesso richiede nuovi tipi di stoccaggio, come lo stoccaggio chimico sotto forma di idrogeno.
L’idrogeno può essere ottenuto per elettrolisi dall’elettricità prodotta con energie rinnovabili in eccesso. Se esiste una corrispondente richiesta di energia, l’idrogeno può soddisfarla direttamente. Tuttavia, può anche essere immagazzinato in serbatoi sfusi come gas pressurizzato e recuperato quando le scorte sono basse.
L’idrogeno può essere utilizzato in diversi modi come vettore energetico, come immetterlo in piccole quantità nella rete del gas naturale, convertirlo in CH4 e introdurre il metano ottenuto nella rete del gas naturale, oppure l’idrogeno immagazzinato può essere riconvertito direttamente in elettricità tramite celle a combustibile.
L’idrogeno come vettore energetico ha di gran lunga la più alta densità di energia gravimetrica. La densità di energia basata sulla massa dell’idrogeno è quindi quasi tre volte superiore a quella degli idrocarburi liquidi, tuttavia, la densità energetica volumetrica dell’idrogeno è relativamente bassa. Pertanto, per scopi di manipolazione pratica, la densità dell’idrogeno deve essere aumentata in modo significativo per scopi di stoccaggio.
I metodi di stoccaggio dell’idrogeno più importanti, che sono stati provati e testati per lunghi periodi di tempo, includono metodi di stoccaggio fisico basati sulla compressione o sul raffreddamento o su una combinazione dei due (stoccaggio ibrido). Inoltre, viene perseguito o studiato un gran numero di altre nuove tecnologie di stoccaggio dell’idrogeno. Queste tecnologie possono essere raggruppate sotto il nome di tecnologie di stoccaggio basate sui materiali. Questi possono includere solidi, liquidi o superfici.
Idrogeno liquefatto
Oltre a immagazzinare idrogeno gassoso sotto pressione, è anche possibile immagazzinare idrogeno criogenico allo stato liquido. L’idrogeno liquido (LH2) è oggi richiesto in applicazioni che richiedono elevati livelli di purezza, come ad esempio nell’industria dei chip. In quanto vettore energetico, l’LH2 ha una densità energetica maggiore dell’idrogeno gassoso, ma richiede la liquefazione a –253 ° C, il che comporta un impianto tecnico complesso e un costo extra economico. Durante lo stoccaggio dell’idrogeno liquido, i serbatoi e gli impianti di stoccaggio devono essere isolati per tenere sotto controllo l’evaporazione che si verifica se il calore viene trasferito nel contenuto immagazzinato, per conduzione, irraggiamento o convezione. I serbatoi per LH2 sono utilizzati oggi principalmente nei viaggi spaziali.
Idrogeno freddo e criocompresso
Oltre alla compressione o al raffreddamento separati, i due metodi di conservazione possono essere combinati. L’idrogeno raffreddato viene quindi compresso, il che si traduce in un ulteriore sviluppo dello stoccaggio dell’idrogeno per scopi di mobilità. Le prime installazioni sul campo sono già in funzione. Il vantaggio della compressione fredda o criogenica è una maggiore densità di energia rispetto all’idrogeno compresso. Tuttavia, il raffreddamento richiede un input energetico aggiuntivo.
Attualmente occorrono dal 9 al 12% dell’energia finale resa disponibile sotto forma di H2 per comprimere l’idrogeno da 1 a 350 o 700 bar. Al contrario, l’apporto energetico per la liquefazione (raffreddamento) è molto più elevato, attualmente intorno al 30%. L’immissione di energia è soggetta a ampi spread, a seconda del metodo, della quantità e delle condizioni esterne. Attualmente si sta lavorando per trovare metodi più economici con un input energetico notevolmente inferiore.
Stoccaggio H2 basato sui materiali
Un’alternativa ai metodi di stoccaggio fisico è fornita dallo stoccaggio dell’idrogeno in solidi e liquidi e sulle superfici. Tuttavia, la maggior parte di questi metodi di archiviazione sono ancora in fase di sviluppo. Inoltre, le densità di stoccaggio che sono state raggiunte non sono ancora adeguate, il costo e il tempo necessari per caricare e scaricare l’idrogeno sono troppo alti e / o i costi di processo sono troppo costosi. I mezzi di stoccaggio dell’idrogeno basati sui materiali possono essere suddivisi in tre classi: primo, sistemi di stoccaggio dell’idruro; secondo, vettori di idrogeno liquido; e terzo, sistemi di accumulo di superficie, che assorbono l’idrogeno per adsorbimento, cioè attaccamento alla superficie.
Sistemi di stoccaggio di idruri
Nei sistemi di stoccaggio a idruro di metallo l’idrogeno forma composti interstiziali con i metalli. Qui l’idrogeno molecolare viene prima adsorbito sulla superficie metallica e quindi incorporato in forma elementare (H) nel reticolo metallico con produzione di calore e rilasciato nuovamente con input di calore. Gli idruri metallici sono a base di metalli elementari come palladio, magnesio e lantanio, composti intermetallici, metalli leggeri come l’alluminio o alcune leghe. Il palladio, ad esempio, può assorbire un volume di gas idrogeno fino a 900 volte il proprio volume.
Vettori di idrogeno organico liquido
I trasportatori di idrogeno organico liquido rappresentano un’altra opzione per legare chimicamente l’idrogeno. Sono composti chimici con elevate capacità di assorbimento dell’idrogeno. Attualmente comprendono, in particolare, il derivato carbazolico N-etilcarbazolo, ma anche il toluene
Sistemi di accumulo di superficie (assorbenti)
Infine, l’idrogeno può essere immagazzinato come sorbato mediante attacco (adsorbimento) su materiali con aree di superficie specifiche elevate. Tali materiali di assorbimento includono, tra gli altri, composti organometallici microporosi (strutture metallo-organiche (MOF)), alluminosilicati cristallini microporosi (zeoliti) o nanotubi di carbonio microscopicamente piccoli. I materiali adsorbenti in polvere possono raggiungere densità di stoccaggio volumetriche elevate.
Deposito sotterraneo
Quando si tratta di stoccaggio industriale di idrogeno, le caverne di sale, i giacimenti di petrolio e gas esausti o le falde acquifere possono essere utilizzati come depositi sotterranei. Sebbene siano più costosi, gli impianti di stoccaggio in caverne sono i più adatti per lo stoccaggio dell’idrogeno. I depositi sotterranei sono stati utilizzati per molti anni per gas naturale e petrolio greggio / prodotti petroliferi, che vengono immagazzinati alla rinfusa per bilanciare le fluttuazioni stagionali della domanda / offerta o per la preparazione alle crisi.
Ad oggi, l’esperienza operativa delle caverne di stoccaggio dell’idrogeno esiste solo in alcune località negli Stati Uniti e in Europa. In particolare, i depositi sotterranei di gas naturale in Europa e Nord America potrebbero essere potenzialmente utilizzati come grandi serbatoi per l’idrogeno generato dalle energie rinnovabili in eccesso. Tuttavia, solo una percentuale relativamente piccola di queste sono caverne di stoccaggio; la forma più importante e comune di stoccaggio sotterraneo è costituita da serbatoi di gas esauriti. Inoltre, i depositi di gas naturale sono distribuiti in modo non uniforme a livello regionale.
Griglia del gas
Un’altra possibilità per immagazzinare l’energia rinnovabile in eccesso sotto forma di idrogeno è immetterla nella rete pubblica del gas naturale (Hydrogen Enriched Natural Gas o HENG).
Fino al XX secolo, gas di città ricco di idrogeno o gas da cokeria con un contenuto di idrogeno superiore al 50% in volume veniva distribuito alle famiglie in Germania, Stati Uniti e Inghilterra, ad esempio
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
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