L’idrogeno (H) è l’elemento più abbondante nell’universo e possiede caratteristiche uniche che lo rendono un vettore energetico di grande interesse. Incolore, inodore e altamente reattivo, il suo uso all’interno di centrali a idrogeno permette l’unione con altri elementi per generare composti fondamentali come l’acqua e rilasciare energia. La sua capacità di immagazzinare e rilasciare energia lo rende una risorsa chiave per lo sviluppo di soluzioni sostenibili nell’ambito della produzione di elettricità.
Negli ultimi anni, il concetto di centrale a idrogeno ha acquisito sempre più rilevanza come alternativa alle tradizionali fonti energetiche, promuovendo una produzione sostenibile a basso impatto ambientale. Infatti, le centrali a idrogeno offrono la possibilità di generare energia elettrica senza emissioni dirette di CO2, contribuendo alla transizione ecologica e alla riduzione della dipendenza dai combustibili fossili. Tuttavia, permangono interrogativi sulla loro efficienza, sulla sostenibilità economica e sulle infrastrutture necessarie per la loro diffusione su larga scala.
Attualmente, infatti, il trasporto dell’elemento H si basa prevalentemente su mezzi su gomma, utilizzando autocisterne specificamente progettate per il trasporto di gas compressi. Sebbene questa soluzione sia funzionale, presenta alcune limitazioni, tra cui la ridotta capacità di stoccaggio e la necessità di ottimizzare le rotte logistiche per garantire un approvvigionamento costante.
Per superare queste criticità, si sta investendo nello sviluppo di un’infrastruttura di gasdotti dedicati, che consentirebbe di trasportare il gas in modo più economico e sostenibile. Per questo motivo, un sistema di piping efficiente rappresenta una componente chiave per questa trasformazione, poiché deve garantire la sicurezza del trasporto e la regolazione del flusso del gas lungo tutto il percorso.
La progettazione delle centrali a idrogeno e delle reti di distribuzione richiede quindi strumenti avanzati per la modellazione e l’ottimizzazione delle tubazioni. Software specializzati, come ESApro 3D Piping, permettono di progettare impianti 3D e modellando con semplicità apparecchiature e strutture metalliche. Il software, inoltre, garantisce un flusso di lavoro multidisciplinare, centralizzando i dati di progetto in un unico database condiviso e assicurando il rispetto delle specifiche tecniche attraverso una progettazione spec-driven.
Quali sono quindi i principi di funzionamento di una centrale a idrogeno? E quali sfide devono essere affrontate per rendere questa tecnologia competitiva rispetto alle alternative già disponibili?
Cos’è una centrale a idrogeno
Una centrale elettrica a idrogeno è un impianto progettato per generare elettricità sfruttando l’idrogeno come fonte primaria di energia. A seconda della tecnologia impiegata, questo gas può essere utilizzato in due principali modalità: tramite combustione diretta o attraverso celle a combustibile.
- La combustione diretta sfrutta l’elemento H come carburante all’interno di turbine a gas, in modo simile alle centrali alimentate a metano. Questo approccio consente di riadattare impianti esistenti riducendo così i costi di conversione. Tuttavia, nonostante l’assenza di emissioni di CO2, la reazione con l’ossigeno dell’aria può generare ossidi di azoto, richiedendo soluzioni per il controllo delle emissioni.
- Le celle a combustibile, invece, rappresentano una tecnologia più efficiente, poiché trasformano direttamente l’energia chimica dell’idrogeno in elettricità senza passare per un processo di combustione. Questa soluzione garantisce una maggiore efficienza energetica e una riduzione degli inquinanti, rendendola una scelta interessante per le centrali a idrogeno di nuova generazione.
Attualmente, molte infrastrutture sono inoltre definite “Hydrogen Ready“, ossia predisposte per l’eventuale conversione all’idrogeno, anche se non esiste ancora una normativa univoca a livello europeo. Le turbine a gas industriali completamente alimentate con questo gas sono ancora in fase di sviluppo e test, con un livello di maturità tecnologica (TRL) pari a 7, indicativo di uno stato dimostrativo pre-commerciale.
Per favorire la diffusione delle centrali elettriche a idrogeno, è essenziale quindi sviluppare normative condivise e investire in ricerca e sviluppo per migliorare l’efficienza e ridurre i costi di implementazione. La transizione energetica richiede infatti soluzioni integrate, come ad esempio gli impianti di cogenerazione, che consentano di sfruttare appieno il potenziale delle nuove tecnologie nel settore della produzione elettrica.
Come funziona una centrale a idrogeno
Le centrali elettriche a idrogeno sfruttano diverse tecnologie per la produzione di energia elettrica. La scelta del metodo più adatto dipende da vari fattori, tra cui la disponibilità delle materie prime, il costo dell’energia e l’impatto ambientale. Ecco i principali metodi di produzione dell’idrogeno:
- Elettrolisi dell’acqua. Attraverso un processo elettrochimico, l’acqua viene scomposta nei suoi elementi fondamentali (H e O2) utilizzando energia elettrica e un elettrolizzatore. Se questa energia proviene da fonti rinnovabili, si ottiene idrogeno verde, altamente sostenibile e utilizzato in numerose applicazioni, come ad esempio nell’industria chimica.
- Produzione solare. L’energia solare viene impiegata direttamente per separare questo gas dall’acqua, riducendo la dipendenza da elettricità proveniente dalla rete. In questo caso si utilizza quindi l’energia solare per avviare il processo di elettrolisi: questo può avvenire usando la luce solare diretta o mediante la concentrazione delle radiazioni solari che si può ottenere usando collettori o specchi.
- Reforming del metano o del biogas. Questa tecnologia prevede la reazione del metano con il vapore acqueo ad alta temperatura, producendo idrogeno e biossido di carbonio. Negli impianti più avanzati, il biossido di carbonio viene catturato e stoccato per ridurre l’impatto ambientale.
- Pirolisi di materiali organici. Il processo di pirolisi permette di ottenere l’elemento H dalla decomposizione termica dei rifiuti organici, riducendo al contempo la quantità di rifiuti da smaltire e generando sottoprodotti utili come il biochar, utilizzato, ad esempio nei processi di bonifica dell’acqua.
- Produzione biologica. Alcuni microrganismi, come batteri e alghe, possono generare il gas H attraverso processi naturali, come la fermentazione e la fotosintesi. Sebbene questa tecnologia sia ancora in fase sperimentale promette un potenziale di sviluppo nei prossimi anni.
Una volta prodotto, il gas viene trasportato e stoccato in serbatoi ad alta pressione o in forma liquida.
Le nuove tecnologie e lo sviluppo di infrastrutture dedicate saranno fondamentali per garantire l’affidabilità e la competitività delle centrali a idrogeno nel panorama energetico del futuro.
