Idrogeno (H2): cos'è, come si produce, quali sono i principali utilizzi?

L’idrogeno è il primo elemento chimico della tavola periodica, nonché il più leggero e abbondante sul nostro pianeta, con numero atomico 1 e simbolo H. Nel 1789 fu Antoine Lavoisier ad assegnargli il nome che deriva dal greco Hydor, che significa “acqua”, e la radice Ghen- “generare”.

Le caratteristiche naturali della molecola H2 sono centrali nell’ecosistema della Terra perché rispondono al bisogno di sostenibilità dei processi energetici, necessaria per fronteggiare il cambiamento climatico.

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Come si produce ?

Se è vero che, come detto prima, l’idrogeno è una risorsa ampiamente presente in natura è altrettanto vero che nella maggior parte dei casi l’atomo lo troviamo legato ad altri elementi. Per produrre energia pulita è necessario ottenere il diidrogeno H2, una molecola composta da due atomi di idrogeno. Per produrla e utilizzarla come fonte di energia sono stati creati diversi processi, ognuno dei quali ha però un impatto diverso sull’ambiente e sulla base di questo l’idrogeno prodotto da ogni processo viene etichettato con un colore diverso.

Ad esempio, si parla di idrogeno grigio quando questo deriva dal processo di steam reforming del metano (Smr) o dalla gassificazione del carbone, tali processi infatti comportano un elevata emissione di anidride carbonica; oppure, di idrogeno blu, quando esso è prodotto dallo Smr o dalla gassificazione del carbone in presenza di sistemi di abbattimento delle emissioni inquinanti di anidride carbonica, quali le tecnologie di cattura e utilizzo o confinamento della CO₂ (CCUS).

Può essere il combustibile ideale per la transazione energetica?

Possiamo considerarlo un combustibile ideale per la transizione energetica, in quanto facendo un confronto con una delle principali forme di energia attualmente utilizzate su larga scala vediamo che la sua densità energetica è circa tre volte quella della benzina, infatti un chilogrammo di H2 contiene 130 MJ di energia mentre un chilogrammo di benzina ne contiene solo 43,6. Al momento, viene già utilizzato nelle celle a combustibile per la produzione di energia elettrica, ma come vedremo ha delle potenzialità di utilizzo ben più ampie.

Quando l’idrogeno viene definito verde?

Tra le diverse tecniche di produzione e trasformazione, della molecola H2, solo una può essere considerata realmente green. Si tratta del processo di elettrolisi, in cui l’energia elettrica utilizzata per scindere la molecola di acqua viene prodotta da fonti rinnovabili.

Durate questo processo viene utilizza una cella elettrolitica composta da due elettrodi, l’energia elettrica prodotta si converte in energia chimica che rompe i legami tra idrogeno e ossigeno, spingendo gli ioni idrogeno verso il catodo e quelli di ossigeno verso l’anodo, scindendo le molecole che possono così essere utilizzate come fonte di energia.

Questo metodo è certamente il più indicato per la transizione ecologica in quanto ha un impatto sull’ambiente nettamente inferiore rispetto agli altri due, ma purtroppo è anche particolarmente costoso e quindi non adatto per applicazioni industriali che necessitano di grandi qualità di energia. Oggi, infatti, la maggior parte dell’idrogeno continua ad essere prodotto da fonti fossili mediante il sopracitato processo steam reforming.

Vantaggi e svantaggi

Osservati i principali utilizzi e i vari tipi di processi di produzione, scendiamo nel dettaglio di quali sono i principali vantaggi dell’uso dell’idrogeno come energia green e gli svantaggi, o ostacoli, che ne impediscono la sua diffusione.

Vantaggi

L’utilizzo come fonte energetica non emette gas serra (l’acqua è l‘unico derivato del processo);
Può essere usato per produrre i combustibili liquidi, come gli E-fuel;
Le infrastrutture esistenti (stoccaggio e trasporto dei gas) possono essere riconvertite facilmente;
La la sua densità energetica è maggiore di quella delle batterie, e quindi può essere utilizzato per trasporti a lunga distanza e merci pesanti.

E gli svantaggi?

Sulla Terra la molecola di diidrogeno H2 non si trova, se non in concentrazioni poco rilevanti! L’idrogeno è quasi sempre legato ad altri elementi, come per esempio l’ossigeno (per formare l’acqua) o carbonio (per formare idrocarburi).
I processi di produzione che rispettano l’ambiente sono costosi;
Se è “grigio”, è inquinante. Ad oggi oltre il 96% di quello utilizzato è grigio. Il suo costo è minore, ma l’impatto sull’ambiente è enorme tanto che per ogni chilo di idrogeno ricavato ne vengono prodotti 10 di anidride carbonica.
E’ un gas difficile da maneggiare. A differenza della benzina, o di alimentatore per auto elettriche in cui l’utilizzo dei distributori è molto semplice e alla portata di tutti, esso richiede particolari competenze per un suo eventuale utilizzo quotidiano.

L’ Unione Europea

Fortunatamente a livello europeo qualcosa si muove, ed una svolta potrebbe verificarsi nei prossimi anni. Gli eurodeputati, infatti, stanno insistendo affinché la Commissione e paesi membri uniscano le forze per incentivare la produzione e l’uso dell’idrogeno rinnovabile. L’Unione Europea aspira a essere il primo continente al mondo a emissioni zero entro il 2050. Un primo segnale di ciò è stato dimostrato con lo stanziamento dei 17,5 miliardi del quale EU per l’implementazione delle risorse naturali e ambientali. Chissà se arriverà mai il momento di attuare realmente un cambiamento così importante.

Conclusione

Ciò che al momento appare chiaro è che la “questione idrogeno verde” potrebbe condizionare notevolmente il mercato finanziario nei prossimi anni. Evidenziato da Plug Power, società americana impegnata nello sviluppo di sistemi di celle a idrogeno (HFC) ad alta efficienza e basse emissioni.

Risulta, quindi, essere una grande opportunità, non solo a livello ambientale, ma per alcuni versi, anche sul piano economico–finanziario. Tuttavia, l’ingente spesa stimabile su più fronti da sempre frena l’ascesa di questa specifica rivoluzione verde.

Se volete saperne di più date un occhiata a questo video!

All’interno del video è possibile comprendere pienamente i pro e i contro di questa speciale molecola.