Guida Idrogeno e Celle a Combustibile

presentazione
tazio
o ne
IDROGENO E CELLE A COMBUSTIONE
L’ ATTUALE
SISTEMA ENERGETICO MONDIALE ,
FONDATO PRINCIPALMENTE SULL ’ UTILIZZO DEL
PETROLIO, HA DA TEMPO EVIDENZIATO LE SUE
CRITICITÀ SOTTO IL PROFILO AMBIENTALE E SOCIALE.
CON UNA DOMANDA DI ENERGIA IN CONTINUO
AUMENTO A LIVELLO GLOBALE, RISPETTO ALLE
TRADIZIONALI FONTI DI ENERGIA – LIMITATE, NON
RINNOVABILI, AD ELEVATO IMPATTO AMBIENTALE –
DEVONO ESSERE FAVORITE FONTI ENERGETICHE
ALTERNATIVE, AMPIAMENTE DISPONIBILI, DI NATURA
RINNOVABILE E DI CARATTERE ECO-COMPATIBILE.
GARANZIA DI APPROVVIGIONAMENTO, STABILITÀ DEI PREZZI, RIDUZIONE DEI GAS-SERRA
E RISPETTO DELL’AMBIENTE SONO PRIORITÀ PER IL SISTEMA ECONOMICO-PRODUTTIVO
E PER LA SOCIETÀ NEL SUO COMPLESSO. SODDISFARE LA DOMANDA DI ENERGIA SENZA
COMPROMETTERE I DELICATI EQUILIBRI AMBIENTALI RAPPRESENTA UNA SFIDA TECNOLOGICA
FONDAMENTALE PER QUESTO SECOLO . U NA SFIDA DA AFFRONTARE SUBITO .
LE RICERCHE CONDOTTE PER TROVARE SOLUZIONI ALTERNATIVE ALL’UTILIZZO DEL PETROLIO
HANNO IDENTIFICATO LE TECNOLOGIE DELL’IDROGENO E DELLE CELLE A COMBUSTIBILE
TRA LE PIÙ PROMETTENTI. L’UNIONE EUROPEA CON IL VI° PROGRAMMA QUADRO E
PROSSIMAMENTE CON IL VII°, HA AVVIATO INGENTI PROGRAMMI DI FINANZIAMENTO
NELLA RICERCA E NEL TRASFERIMENTO TECNOLOGICO, CON UNA PARTICOLARE
ATTENZIONE ALLA DIFFUSIONE DELL’IDROGENO COME VETTORE ENERGETICO E ALLE
CELLE A COMBUSTIBILE COME TECNOLOGIA DI UTILIZZO.
IN QUESTO SCENARIO LA CAMERA DI COMMERCIO DI FORLÌ-CESENA E L’AZIENDA
SPECIALE C.I.S.E. (CENTRO PER L’INNOVAZIONE E LO SVILUPPO ECONOMICO) HANNO
AVVIATO NUMEROSE INIZIATIVE PER INFORMARE E SENSIBILIZZARE LE IMPRESE E LA SOCIETÀ
CIVILE SULLE OPPORTUNITÀ ED I VANTAGGI CHE L’IDROGENO E LE CELLE A COMBUSTIBILE
OFFRONO, IN TERMINI DI INNOVAZIONE TECNOLOGICA, SVILUPPO SOSTENIBILE E
QUALITÀ DELLA VITA.
QUESTA
SEMPLICE GUIDA VUOLE ESSERE UN ALTRO
PASSO CONCRETO IN QUESTA DIREZIONE. L’AUGURIO
È CHE POSSA ESSERE UNO STRUMENTO DI
ORIENTAMENTO E STIMOLO PER LE REALTÀ DELLA
NOSTRA PROVINCIA A PARTECIPARE ATTIVAMENTE ALLA
SFIDA DELLO SVILUPPO DELL’ECONOMIA
DELL’IDROGENO, A COGLIERNE LE OPPORTUNITÀ E
GODERNE I VANTAGGI.
Dr. Sergio Mazzi
Presidente Camera di Commercio I.A.A. di Forlì-Cesena
Presidente C.I.S.E.
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idrogeno e celle a combustibile
indice
ndicee
IDROGENO E CELLE A COMBUSTILE
idrogeno e celle a combustibile
Introduzione ..........................................................................5
1. L’idrogeno: caratteristiche e applicazioni
del nuovo vettore d’energia .................................................6
2. La sfida energetica .............................................................7
3. L’idrogeno come vettore energetico.......................................9
4. Prima sfida: la produzione dell’idrogeno.............................10
- La produzione dell’idrogeno da fonti rinnovabili.................12
- Produzione da biomasse..................................................12
- Produzione dall’acqua.....................................................12
- Produzione da altre fonti energetiche rinnovabili ................12
5. Seconda sfida: stoccaggio e trasporto dell’idrogeno.............14
- Bombole di idrogeno compresso.......................................14
- Serbatoi di idrogeno allo stato liquido...............................14
- Idruri metallici ................................................................14
- Nano strutture di carbonio ...............................................15
6. Terza sfida: utilizzi dell’idrogeno........................................16
- Idrogeno come combustibile.............................................16
- Idrogeno nelle celle a combustibile ...................................17
- Aree di applicazione delle celle a combustibile ..................20
7. Soluzioni concrete ............................................................20
- Applicazioni stazionarie ..................................................20
- Applicazioni nei trasporti.................................................22
- Applicazioni portatili.......................................................23
8. Ultima sfida: creare l’infrastruttura per l’idrogeno .................24
9. European Hydrogen and Fuel Cell Technologies Platform.......24
10. La marcia europea verso l’idrogeno e le celle a combustibile ...25
11. International Partnership for the Hydrogen Economy ...........26
12. Finanziamenti ................................................................27
13. Frequently Asked Questions (FAQ)....................................28
14. Per saperne di più ..........................................................32
- Link utili (rilevanza internazionale) ..................................32
- Link utili (rilevanza nazionale).........................................32
- Eventi di approfondimento .............................................32
In copertina:
A. Punto di assistenza per lo sviluppo di imprenditorialità innovative
in campo energetico - C.I.S.E.
B. Alcuni operatori su idrogeno e celle a combustibile
Esempi di progetti realizzati o in corso di realizzazione in Italia
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INTRODUZIONE
ODUZZ IONE
IDROGENO E CELLE A COMBUSTILE
Lo scopo della presente guida è quello di rendere disponibili utili
informazioni per fare comprendere le potenzialità dell’idrogeno come
nuovo vettore d’energia e i numerosi vantaggi legati al suo impiego
nelle celle a combustibile (fuel cells) per generare elettricità e calore.
Le caratteristiche dell’idrogeno (formula chimica H 2) e delle celle a
combustibile
sono descritte
unitamente alle
sfide in atto su
questi temi, nel
mondo della
ricerca e del
trasferimento
tecnologico, per
arrivare ad una
loro diffusione
sul territorio
internazionale, europeo e nazionale. Le sfide creano opportunità per
le piccole e medie imprese in quanto rappresentano uno stimolo allo
sviluppo di soluzioni innovative.
La pubblicazione si conclude con una sintesi delle informazioni sui
programmi e finanziamenti disponibili a livello comunitario e nazionale
e su alcuni progetti ed organizzazioni attive nello sviluppo di queste
tecnologie nel territorio.
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idrogeno e celle a combustibile
1
idrogeno e celle a combustibile
L’ Idrogeno
CARATTERISTICHE E APPLICAZIONI DEL NUOVO VETTORE D’ENERGIA
L’idrogeno e le celle a combustibile possono svolgere un ruolo chiave
nel futuro sistema energetico; infatti, al momento, sembrano offrire le
maggiori opportunità di sviluppo sostenibile, in quanto sono in grado
di garantire:
- sicurezza energetica: un elevato tenore di vita viene generalmente
considerato funzione della mobilità illimitata e della possibilità di avere
garanzie sulla disponibilità di calore ed energia elettrica. Queste, tuttavia,
dipendono in modo crescente dall’approvvigionamento di combustibili
fossili (fonte limitata e non rinnovabile). Il fatto che l’idrogeno possa
essere ricavato da una più ampia gamma di fonti, implica che la sua
disponibilità ed il suo prezzo potranno garantire una maggiore stabilità
del mercato di riferimento;
- riduzione delle emissioni e dei gas ad effetto serra: l’idrogeno
può essere prodotto da fonti energetiche prive di carbonio, usando
l’elettricità prodotta da fonti rinnovabili per l’elettrolisi dell’acqua o da
combustibili fossili con captazione dell’anidride carbonica, e poi convertito
in energia elettrica per mezzo di celle a combustibile; tali sistemi
permettono di ridurre, ed eventualmente eliminare, le emissioni di gas
serra;
- miglioramento della salute e della qualità dell’aria: l’idrogeno
come vettore d’energia consente di connettere applicazioni stazionarie
a quelle di trasporto, senza la produzione di emissioni inquinanti.
L’utilizzo integrato di Idrogeno ed elettricità permette inoltre di livellare
i carichi della rete ed
accumulare forniture
intermittenti: un eccesso
d’elettricità sulla rete, per
esempio in un impianto
eolico quando c’è molto
vento, potrebbe essere
usato per produrre
idrogeno per veicoli nel
trasporto urbano;
- competitività economica: l’energia è
intrinsecamente legata alla
crescita economica ed alla
creazione di ricchezza. Lo
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sviluppo, la produzione e la
vendita di nuove tecnologie
per l’applicazione e l’utilizzo
dell’idrogeno e delle celle a
combustibile svolgeranno un
ruolo importante per la
creazione e la nascita di un
nuovo mercato, con
conseguenti opportunità di
sviluppo economico e posti
di lavoro.
L’utilizzo dell’idrogeno come
vettore energetico potrebbe
anche dare risposte agli
elementi critici del nostro
sistema energetico, caratterizzato da una sostanziale
scarsità di risorse locali,
offrendo nuove soluzioni per
la produzione ed il trasporto.
Le istituzioni pubbliche
(Regioni, Province, Camere di Commercio, ecc.) a vari livelli possono
facilitare la diffusione e l’utilizzo dell’idrogeno e delle celle a combustibile
attraverso azioni di sostegno per le imprese (in termini economici e di
servizi) e la realizzazione di progetti dimostrativi utili ad accelerare la
nascita e lo sviluppo di nuovi mercati a breve e medio termine.
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LA SFIDA ENERGETICA
Il consumo energetico a livello mondiale tende globalmente ad aumentare.
Nonostante il miglioramento dell’efficienza degli impianti, la diffusione
dell’industrializzazione ed il miglioramento della qualità della vita nei
paesi in via di sviluppo provocano l’incremento della domanda. Attualmente
la produzione di energia, motore della crescita economica, è basata
principalmente sui combustibili fossili.
Il progressivo esaurimento dei giacimenti di più facile accesso e l’impennata
dei consumi comportano la lievitazione dei costi e l’aumento dell’impatto
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idrogeno e celle a combustibile
idrogeno e celle a combustibile
sull’ambiente. Le conseguenti ulteriori
emissioni di miliardi di tonnellate di CO2
(anidride carbonica) in atmosfera rendono
ancora più critico l’impatto umano su
quest’ultima, aggravando l’effetto serra
che già sta causando tanti eventi estremi.
A livello mondiale emerge la necessità
di un sistema energetico che soddisfi le
esigenze in tutti i settori, sia stazionari (sistemi per riscaldamento residenziali,
generatori per l’industria), sia per il trasporto (stradale, marittimo ed aereo),
assicurando sviluppo economico e riducendo al minimo i possibili effetti
negativi. Notevole risulta l’incertezza relativamente alle conseguenze
sull’economia, sull’ambiente e sulla salute pubblica del riscaldamento
globale, degli inquinanti, delle riserve di petrolio e di altri fattori. Il fatto
che tali effetti possano essere potenzialmente molto seri ed oltretutto
irreversibili significa che non si può attendere oltre.
Occorre puntare ad un futuro sistema energetico basato sullo sviluppo
sostenibile e sulle fonti rinnovabili (alcune già mature come l’idroelettrico,
mentre altre, come il fotovoltaico e l’eolico, presentano ancora costi elevati
che ne limitano la diffusione). L’idrogeno come vettore energetico potrebbe
fornire il ponte fra un’economia basata su combustibili fossili ed una nuova
economia caratterizzata da un minor impatto ambientale.
L’infrastruttura dell’idrogeno (Fonte ENEA – “Idrogeno Energia del Futuro”)
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L’infrastruttura dell’idrogeno
(approfondimento schema di pag. 8)
Partendo dal gas naturale trasportato da un metanodotto (linea
azzurra), attraverso “steam reforming” viene prodotto l’idrogeno
(linea arancione).
Per la CO2 prodotta dal procedimento, si prevede il confinamento
nei giacimenti esauriti di idrocarburi o acquiferi salini profondi
(linea gialla). L’idrogeno prodotto anche attraverso le fonti
rinnovabili (solare termico, fotovoltaico, eolico, biomasse) viene
utilizzato (linea arancione) nelle centrali termoelettriche e nelle
centrali a celle a combustibile per produrre energia per alimentare
le varie utenze (linea nera).
L’idrogeno inviato alle stazioni di servizio viene utilizzato per
alimentare veicoli a combustione interna o a celle a combustibile.
3
L’IDROGENO COME VETTORE ENERGETICO
L’idrogeno è un vettore energetico che possiede le proprietà tipiche dei
combustibili fossili comunemente impiegati, ma ha il vantaggio di generare
un impatto ambientale quasi nullo (su scala globale e locale) e può essere
prodotto da più fonti energetiche rinnovabili (interscambiabili e disponibili
su larga scala); inoltre quando si applicano metodi di trattamento corretti,
risulta essere più sicuro di molti combustibili fossili di uso comune.
L’idrogeno è un gas inodore ed incolore. La sua densità di 0,0899 g/l
lo rende più leggero dell’aria e gli garantisce la possibilità di disperdersi
rapidamente nel caso sia liberato in atmosfera oppure sul suolo.
L’idrogeno ha la più elevata densità di energia per peso tra tutti i combustibili:
1 kg di idrogeno contiene infatti il medesimo quantitativo di energia di
2,1 kg di gas naturale o di 2,8 kg di benzina. Al contrario è anche il
combustibile con la più bassa densità di energia per volume. Dal punto
di vista energetico, l’energia associata all’idrogeno è di 2,36 kWh/l, al
gas naturale è di 5,8 kWh/l e alla benzina è di 8,76 kWh/l.
L’idrogeno è l’elemento più abbondante e più leggero nell’universo. Sulla
Terra non esiste allo stato libero e non ci sono, come invece avviene per
il petrolio, giacimenti di idrogeno. E’ tuttavia molto abbondante: è presente
nell’acqua, negli idrocarburi, in tutte le sostanze organiche ed in molti
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idrogeno e celle a combustibile
idrogeno e celle a combustibile
composti inorganici, deve essere quindi estratto dalle sostanze che lo
contengono con conseguente utillizzo di energia.
In questo momento il 98% dell’idrogeno è prodotto da gas naturale in un
processo di “steam reforming” (più di 50 mln tonnellate all’anno). L’idrogeno
è anche un sottoprodotto delle raffinerie di petrolio e di numerosi processi
chimici.
Può essere ricavato per elettrolisi dall’acqua, se possibile, utilizzando
energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili, quali l’idroelettrica, l’eolica
e la solare; può essere ottenuto inoltre dalla fermentazione e dal trattamento
delle biomasse.
4
PRIMA SFIDA: LA PRODUZIONE DELL’IDROGENO
L’idrogeno può essere ottenuto da un gran numero di risorse primarie
utilizzando differenti tecnologie. Le tecnologie di produzione a partire dai
combustibili fossili sono mature e quindi possono essere immediatamente
introdotte per contribuire allo sviluppo del sistema di approvvigionamento
dell’idrogeno; altre sono ancora in fase di perfezionamento e di laboratorio,
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perciò richiedono ancora molta ricerca e sviluppo. Di seguito si riporta
una tabella relativa alle principali tecniche per la produzione di idrogeno.
Tecnologia di produzione
Vantaggi
Ostacoli
ELETTROLISI:
scissione dell’acqua tramite
elettricità.
Tecnologia sperimentata e
disponibile commercialmente; processo industriale
noto; modulare.
L’idrogeno altamente puro,
conveniente per la produzione di H2 da elettricità da
rinnovabili, supplisce alla
natura intermittente di alcune
di queste ultime fonti.
Costo elevato dell’energia
elettrica.
Efficienza dell’intero ciclo.
Competizione con l’uso
diretto di energia
rinnovabile.
REFORMING:
trattamento degli idrocarburi
mediante calore e vapore
d’acqua.
Processo noto a larga scala.
Diffuso.
Costo ridotto dell’idrogeno.
Separazione di CO2 a larga
scala.
Piccole unità non
disponibili sul mercato.
Impurità nell’idrogeno.
Emissioni di CO2. Il
combustibile primario può
essere usato direttamente.
Competizione con la
combustione del metano.
GASSIFICAZIONE:
eparazione di idrocarburi
pesanti e biomassa in
idrogeno e gas per
reforming.
Processo noto a larga scala; Piccole unità molto rare.
utilizzabile per solidi e
Pulizia estensiva
liquidi.
dell’idrogeno prima
dell’impiego.
La gassificazione della
biomassa è ancora oggetto
di ricerca.
In competizione con
combustibili sintetici da
biomassa.
CICLI TERMOCHIMICI:
sfruttamento del calore a
buon mercato ad elevate
temperature proveniente dal
nucleare o dal solare.
Potenzialmente vasta
produzione a bassi costi e
senza emissioni climalteranti.
Processo molto efficiente.
Collaborazione
internazionale su ricerca e
sviluppo.
Non commerciale, ricerca
e sviluppo richiedono
ulteriori 10 anni sul
processo.
Disponibilità di reattore
nucleare ad alta
temperatura.
PRODUZIONE BIOLOGICA:
produzione d’idrogeno da
alghe e batteri direttamente
in alcune condizioni.
Risorsa potenzialmente
abbondante.
Non richiede riserve.
Lenta velocità di produ-zione
dell’idrogeno; esigenza di
ampi spazi.
Gli organismi piu’ adatti non
sono ancora stati trovati.
FONTE: HLG Draft Report “Hydrogen energy and fuel cells – a vision of our future”
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idrogeno e celle a combustibile
La produzione dell’idrogeno da fonti rinnovabili
La produzione di idrogeno da combustibili fossili (petrolio, carbone, gas)
deve essere considerata una sorta di “ponte tecnologico” verso la sua
produzione da fonti rinnovabili, molto più vantaggiose dal punto di vista
ambientale ed in linea con lo sviluppo sostenibile.
Produzione da biomasse
Per biomassa si intende la materia organica di origine vegetale o animale
(es. residui derivanti dalle lavorazioni agricole e forestali, rifiuti organici,
lettiere, liquami, fanghi di depurazione, ecc.) che possono essere trasformate
in biogas di tipologie diverse in base ai processi di trasformazione utilizzati
(fermentazione, gassificazione, ecc.) .
Nessuno di questi processi produttivi ha ancora raggiunto la maturità
industriale, tuttavia le ricerche ed i progetti dimostrativi avviati a diversi
livelli sembrano essere molto promettenti.
idrogeno e celle a combustibile
Produzione dall’Acqua
L’idrogeno può essere prodotto attraverso la
scissione dell’acqua nei suoi componenti:
l’idrogeno e l’ossigeno.
2H2O + elettricità => 2H2 + O2
Tale reazione è inversa a quella che avviene
all’interno della cella a combustibile al momento
della produzione di energia elettrica e calore
avendo come prodotto di “scarto” vapore
d’acqua. Pertanto se l’energia utilizzata per
separare l’idrogeno proviene da fonti rinnovabili, il ciclo si chiude senza
nessuna emissione di inquinanti (emissione zero).
Produzione da altre fonti energetiche rinnovabili
Attraverso sistemi fotovoltaici è possibile produrre l’energia necessaria
a compiere l’elettrolisi dell’acqua utilizzando elettrolizzatori. L’ostacolo
alla diffusione di questo sistema è la necessità di perfezionamento delle
tecnologie e l’elevato costo rispetto alle fonti tradizionali. Anche l’energia
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idroelettrica può essere impiegata per produrre idrogeno. Essa infatti
rappresenta il 90% dell’energia rinnovabile prodotta a livello mondiale.
Inoltre è in prospettiva un suo ulteriore sviluppo, pertanto i siti di produzione
dell’idrogeno potrebbero nascere in prossimità delle centrali idroelettriche.
Un’altra soluzione è rappresentata dall’energia eolica. Le installazioni
di generatori eolici sono in costante crescita, pertanto anche le centrali
eoliche potrebbero essere utilizzate per la produzione di idrogeno.
Un esempio significativo di sfruttamento delle fonti rinnovabili per produrre
idrogeno è rappresentato dall’Islanda. La grande disponibilità di energia
geotermica e idroelettrica sta portando il paese ad un vero sviluppo
dell’economia dell’idrogeno, arrivando ad una sua massiccia produzione
attraverso l’elettrolisi. Si evidenzia che anche in Italia l’energia geotermica
costituisce una risorsa importante.
Per la dissociazione dell’acqua si possono utilizzare anche processi
termochimici che impiegano calore ad alta temperatura (800-1000 °C)
ottenuto sfruttando l’energia solare termica. In Italia sono in corso attività
di ricerca e sviluppo tese a dimostrare la fattibilità industriale di tali processi
e tecnologie (es. concentratori solari).
Esempio Applicativo
Nell’ambito del Sesto Programma Quadro della Comunità Europea è stato
approvato il progetto Zeroregio, per il quale è prevista la realizzazione
di una stazione di rifornimento multicombustibile da parte di Enitecnologie.
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idrogeno e celle a combustibile
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SECONDA SFIDA: STOCCAGGIO E TRASPORTO DELL’IDROGENO
Lo stoccaggio ed il trasporto dell’idrogeno possono avvenire in forma
gassosa, liquida o adsorbito su particolari materiali. Le forme e le tecnologie
utilizzate richiedono ancora attività di ricerca e sviluppo per aumentare
l’affidabilità e ridurre i costi. Le principali tecnologie di accumulo si possono
riassumere nel modo seguente.
idrogeno e celle a combustibile
Bombole di idrogeno compresso
L’idrogeno viene accumulato ad elevate
pressioni in un serbatoio metallico o di
materiale composito.
Nel campo dello stoccaggio a bordo di
autoveicoli il modo più semplice ed
economico è di utilizzarlo sotto forma di
gas compresso, con pressione di 200 – 250
bar; tuttavia il peso e l’ingombro delle
bombole rappresentano un limite alla sua
capacità di carico ed autonomia. Sono in corso ricerche sperimentali per
l’introduzione di serbatoi di nuova generazione, notevolmente più leggeri,
che permettono di raggiungere pressioni maggiori (350-700 bar) ed un
accumulo di idrogeno adeguato all’uso dei veicoli.
Serbatoi di idrogeno allo stato
liquido
L’idrogeno può essere stoccato in serbatoi
(anche a bordo dei veicoli) in forma
liquida, ad una temperatura di – 253 °C.
Per mantenere questa temperatura sono
stati messi a punto serbatoi criogenici a
doppia parete, con un’intercapedine dove
viene fatto il vuoto.
Questa tecnologia è ormai consolidata in Germania, dove è utilizzata da
circa 15 anni a bordo di auto con motori a combustione interna alimentati
a idrogeno.
Idruri metallici
L’idrogeno può legarsi chimicamente con diversi metalli e leghe metalliche,
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formando idruri. Questi composti sono in grado di intrappolare idrogeno,
a pressioni relativamente basse. L’idrogeno penetra all’interno del reticolo
cristallino del metallo, occupando i siti interstiziali. Si raggiungono così,
a basse pressioni, densità energetiche maggiori di quelle dell’idrogeno
compresso e paragonabili a quelle dell’idrogeno liquido. Il volume di
stoccaggio si riduce di 3-4 volte, rendendo possibile l’uso di questi sistemi
nelle autovetture.
A livello sperimentale si sta ancora lavorando per migliorare la stabilità
strutturale e termica del materiale e diminuire il peso di questi sistemi di
accumulo.
Nano strutture di carbonio
Nano tubi e nano fibre di carbonio stanno dimostrando ottime capacità
di adsorbire l’idrogeno, con risultati talora sorprendenti.
E’ indispensabile un grosso sforzo di ricerca per confermare i risultati
ottenuti e per verificare la fattibilità tecnica ed economica di questa
tecnologia, che potenzialmente è la più adatta per lo stoccaggio di
idrogeno a bordo di veicoli.
Il trasporto dell’idrogeno avviene attraverso l’utilizzo di:
Carri bombolai: portano l’idrogeno dal luogo di produzione al luogo
di utilizzo. Questo sistema è adeguato ad un utilizzo di quantitativi
contenuti; infatti ove praticabile è meglio produrre l’idrogeno direttamente
nel luogo di utilizzo.
Idrogenodotti: utilizzati per una diffusione capillare presso le industrie
e le abitazioni, possono essere costruiti ad hoc oppure utilizzando
metanodotti adattati. Idrogenodotti di dimensioni significative sono presenti
in Germania, Francia e Belgio.
Esempio Applicativo
Nel settembre 2004 è stata inaugurata la
prima stazione di servizio a idrogeno in Italia
ed esattamente a Milano, sviluppata per il
progetto Bicocca, dal Gruppo SOL di Monza.
I moduli (compressione-stoccaggio e colonnina
di distribuzione) del nuovo distributore sono
in grado di rifornire in 3 minuti un veicolo
alimentato a idrogeno a 200 bar.
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idrogeno e celle a combustibile
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TERZA SFIDA: UTILIZZI DELL’IDROGENO
L’idrogeno si presta ad essere impiegato principalmente come combustibile
o nelle celle a combustibile.
idrogeno e celle a combustibile
Idrogeno come combustibile
Come combustibile può essere bruciato in sistemi convenzionali per
produrre calore, per azionare turbine, o in motori a combustione interna
per produrre potenza motrice ed elettrica.
Molte di queste tecnologie sono sufficientemente mature; miglioramenti
nei materiali potranno consentire in futuro prestazioni più interessanti e
maggiore durata.
Qualsiasi idrocarburo addizionato con
idrogeno può migliorare in termini di
combustione e rendimento, riducendo
le emissioni di residui nocivi.
La combustione dell’idrogeno non si
presenta particolarmente problematica
ed emette emissioni inquinanti notevolmente inferiori a quelle di altri
combustibili. L’unico prodotto nocivo è
rappresentato dagli ossidi di azoto che
si formano a causa della temperatura
di combustione e che comunque sono
decisamente in misura minore rispetto
a quelli prodotti dai combustibili fossili.
Non si ottengono idrocarburi incombusti, anidride solforica e anidride
carbonica.
L’energia da fornire all’idrogeno per ottenerne l’accensione in aria è
notevolmente più ridotta rispetto a quella necessaria per il metano; pertanto
si presta particolarmente per generare calore in combustori catalitici a
bassa temperatura.
L’impiego dell’idrogeno in maniera massiccia è nato nel settore aereospaziale
per il lancio di razzi nello spazio. L’idrogeno liquido utilizzato nei propulsori
offre maggiore energia per unità di massa rispetto ad altri combustibili;
inoltre dalla combustione si produce vapore acqueo, pertanto la compatibilità
ambientale è massima.
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Esempio Applicativo
Fiat Multipla ad idrogeno sviluppata da EDI Progetti per PIEL: una Multipla
Bifuel con motore a combustione interna è stata trasformata per bruciare
idrogeno con buoni risultati in termini di rendimento e di riduzione delle
emissioni inquinanti. L’evoluzione di questo prototipo ha consentito di
realizzare una Multipla e due Doblò per il progetto Bicocca di Milano.
Idrogeno nelle celle a combustibile
Una cella a combustibile funziona in modo analogo ad una batteria, in
quanto produce energia elettrica attraverso un processo elettrochimico.
Tuttavia, a differenza di quest’ultima, consuma sostanze provenienti
dall’esterno ed è quindi in grado di funzionare senza interruzioni, finché
al sistema viene fornito combustibile (idrogeno) ed ossidante (ossigeno o
aria). L’idrogeno rappresenta l’elemento ideale per l’impiego in celle a
combustibile; infatti l’energia del combustibile è trasformata direttamente
in elettricità e calore (senza
passare attraverso cicli termici).
La cella è costituita da due
elettrodi in materiale poroso,
separati da un elettrolita.
Gli elettrodi fungono da siti
catalitici per le reazioni di cella
che consumano idrogeno ed
ossigeno, con produzione di
acqua e passaggio di corrente
(Fonte ENEA – “Celle a combustibile - Stato di sviluppo e prospettive della tecnologia”)
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idrogeno e celle a combustibile
elettrica nel circuito esterno; l’elettrolita conduce gli ioni prodotti da una
reazione e consumati dall’altra, chiudendo il circuito elettrico all’interno
della cella, senza l’uso di parti meccaniche in movimento.
Nella trasformazione elettrochimica viene prodotto anche calore.
Le celle a combustibile rivestono un notevole interesse ai fini della produzione
di energia elettrica, in quanto presentano caratteristiche energetiche ed
ambientali tali da renderne potenzialmente vantaggiosa l’adozione.
I principali vantaggi sono:
1. rendimento elettrico elevato con valori attorno al 40-48 % (riferito al
potere calorifico inferiore del combustibile) per gli impianti con celle
a bassa temperatura; oltre il 60 % per quelli ad alta temperatura;
2. possibilità di utilizzo di un’ampia gamma di combustibili (oltre all’idrogeno,
metano, metanolo, gas naturale o gas di sintesi);
idrogeno e celle a combustibile
3. modularità, che consente di accrescere la potenza installata all’aumentare
della domanda di energia elettrica, con risparmi notevoli in termini
economici e di tempistica;
4. efficienza indipendente dal carico e dalle dimensioni dell’impianto;
5. ridottissimo impatto ambientale, sia dal punto di vista delle emissioni
gassose che di quelle acustiche. Ciò consente di collocare gli impianti
a celle anche in aree residenziali, rendendo il sistema adatto alla
produzione di energia elettrica distribuita;
6. possibilità di cogenerazione: il
calore cogenerato può essere
disponibile a diversa temperatura, in
forma di vapore o acqua calda.
Esistono diverse tipologie di celle
a combustibile, caratterizzate da
soluzioni tecnologiche differenti. Esse
sono classificate in base al tipo di
elettrolita utilizzato ed alla temperatura
di funzionamento.
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Tipo
Elettrolita
Temperatura
Utilizzi
Applicazioni
Celle alcaline
Idrossido
di potassio
60 - 120° C
Sistemi
da 5-80 KW
Settore militare
e spaziale
Celle
ad elettrolita
polimerico
Membrana
polimerica
70 - 100° C
Sistemi da 1W
a 250 KW
Generazione
portatile, uso
residenziale,
trasporti
Celle ad acido
fosforico
Acido fosforico
160 - 220° C
Impianti demo
fino a 11 MW
Generazione
distribuita,
stazionaria e
cogenerazione
Celle a carbonati
fusi
Carbonati
di litio e potassio
600 -650° C
Impianti demo
fino a 2 MW
Generazione
distribuita e
cogenerazione
Celle ad ossidi
solidi
Ossido di zirconio
drogato
800 - 1000° C
Impianti da 1
a 220 KW
Generazione
distribuita e
cogenerazione
Celle a metanolo
diretto
Membrana
polimerica
70 - 120° C
Sistemi a
partire da
0,1 W
Portatile,
dispositivi
elettronici, PDA,
laptop, cellulari
La tensione prodotta da
una singola cella è di circa
0.7 Volt e la corrente è
compresa tra 300 e 800
mA/cm2.
Dal punto di vista costruttivo per ottenere la
potenza ed il voltaggio
desiderato le celle sono
disposte “in serie”, a
mezzo di piatti bipolari, a formare il cosiddetto “stack”. Gli stack sono
assemblati in moduli adeguati alla generazione della potenza richiesta.
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idrogeno e celle a combustibile
Esempio Applicativo
Una cella PEM (prodotta da Axane) alimenterà
alcuni servizi nell’atrio della FAST di Milano
(sede dell’Associazione H2 IT).
idrogeno e celle a combustibile
Aree di applicazione delle celle
a combustibile
Le celle a combustibile presentano proprietà
tali da renderne interessante l’impiego nel
campo della produzione di energia elettrica,
per applicazioni stazionarie, nel trasporto e
in dispositivi portatili, in quanto rispondono
perfettamente ai seguenti obiettivi:
- miglioramento dell’efficienza di conversione delle fonti primarie;
- flessibilità nell’uso dei combustibili;
- riduzione delle emissioni inquinanti.
Il principale ostacolo alla penetrazione nel mercato dei sistemi con celle
a combustibile è rappresentato dal costo di produzione elevato, causato
principalmente dall’assenza di economie di scala.
La commercializzazione di questa tecnologia innovativa richiede che si
creino gradualmente le condizioni perché la stessa possa competere alla
pari con le tecnologie tradizionali.
Per fare ciò occorre migliorare le caratteristiche dei componenti e dei
materiali, incrementare ulteriormente le prestazioni energetiche (ed
ambientali), aumentare l’affidabilità e la durata di funzionamento, ridurre
i costi, redigere normative tecniche specifiche. Soprattutto nello sviluppo
dei materiali innovativi e maggiormente economici ci sono opportunità
per le Piccole e Medie Imprese.
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SOLUZIONI CONCRETE
Applicazioni stazionarie
Le celle a combustibile sono particolarmente adatte per la generazione
di potenza distribuita (invece dei sistemi basati sulle grandi centrali,
l’energia viene prodotta dove è utilizzata ) ed hanno sia un limitato impatto
ambientale, sia un’elevata efficienza. Un impianto a celle presenta
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un’efficienza energetica superiore a quella dei sistemi convenzionali con
una significativa riduzione delle emissioni di CO2 a parità di energia
elettrica e calore prodotti.
Grazie alle loro caratteristiche di modularità, flessibilità, rendimento e
compatibilità ambientale, i sistemi a celle a combustibile possono trovare
applicazione sia presso utenti con piccoli impianti di generazione (da
alcuni kW a qualche MW), sia presso aziende elettriche (con taglie da
qualche MW a qualche decina di MW). I settori di applicazione
maggiormente interessati dall’utilizzo di queste tecnologie sono la
generazione di potenza nel residenziale, da 2 a 50 KW (sistemi di
cogenerazione d’energia elettrica e calore/freddo) e commerciale, da
250 a 500 KW (grandi sistemi di cogenerazione per zone residenziali,
ospedali e piccole industrie). A livello dimostrativo, per superare le barriere
esistenti e favorire il miglioramento dei sistemi di sicurezza, sono stati
finanziati progetti di installazione di sistemi a celle a combustibile per
alimentare utenze significative in termini di consumi e di visibilità (centri
congressi, università, centri visite, ecc.).
Tali esperienze rappresentano uno stimolo alla diffusione sia delle celle
a combustibile che delle infrastrutture necessarie al loro funzionamento
(idrogenodotti e distributori).
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idrogeno e celle a combustibile
idrogeno e celle a combustibile
Applicazioni nei trasporti
Le emissioni dovute ai trasporti stradali rappresentano una delle principali
sorgenti di inquinamento dell’aria dei centri urbani.
L’industria automobilistica sembra oggi capace di proporre veicoli dai
consumi bassissimi e con un minore impatto ambientale rispetto al passato,
ma questa offerta non riesce ancora a rispondere alla domanda di mezzi
ad emissioni zero.
L’impiego nei veicoli di sistemi di alimentazione con celle a combustibile
rappresenta una delle alternative più promettenti per il medio e lungo
periodo: la loro potenzialità in termini di bassi consumi ed emissioni nulle
(o quasi), promuove la loro candidatura ad elementi fondamentali per la
propulsione veicolare nel prossimo futuro.
Le celle a combustibile possono consentire di realizzare mezzi di trasporto
che uniscano ai vantaggi di silenziosità ed assenza di inquinamento (tipici
dei sistemi elettrici a batteria), le caratteristiche d’uso simili a quelle dei
veicoli convenzionali in termini di autonomia e tempi di rifornimento.
Nella fase transitoria, in attesa che i costi delle celle a combustibile si
abbassino, l’idrogeno potrebbe essere usato nei motori a combustione
interna.
Esistono già alcune esperienze applicative: BMW ha sviluppato modelli
a combustione interna con idrogeno liquido; Zincar, in collaborazione
con EDI Progetti, ha convertito una FIAT Multipla Bipower (gas/benzina)
a idrogeno. Questi veicoli possono contribuire a ridurre sensibilmente le
emissioni a livello locale.
Secondo General Motors la fase commerciale dei veicoli a celle a
combustibile potrebbe iniziare già dal 2010, con la produzione di decine
di migliaia di macchine all’anno.
Tutte le case automobilistiche sono impegnate nello sviluppo dei prototipi
che porteranno ai primi modelli.
L’anno scorso con la Zafira Hydrogen 3, GM ha realizzato il Fuel Cell
Marathon, percorrendo più di 9.696 km. Di Daimler Chrysler stanno
circolando più di 60 esemplari. Il programma CUTE dell’UE (2004-2006)
ha permesso l’utilizzo di 30 autobus a celle a combustibile in 9 città
europee.
Nel Marzo 2005 l’azienda ha dichiarato che la fase prototipale è già
stata superata. FIAT ha annunciato l’uscita delle prime Panda a fuel cells
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per l’inizio del 2006.
Inoltre sono in fase di
sviluppo applicazioni
anche per il settore del
trasporto aereo e marittimo, per i quali è
richiesto l’utilizzo di
maggiore potenza e
dimensione.
Applicazioni portatili
Sebbene il loro contributo alla riduzione delle emissioni di gas serra e
alla qualità dell’aria non sia così diretto, le celle a combustibile nelle
applicazioni portatili potrebbero fornire potenza elettrica con un tempo
di funzionamento maggiore rispetto alle tradizionali batterie. La sempre
più massiccia diffusione nella società moderna di computer portatili,
palmari e telefoni cellulari potrebbe aprire le porte ad una serie di
interessanti applicazioni.
Le celle a combustibile nelle applicazioni portatili possono essere rifornite
con idrogeno, metanolo o etanolo.
La larga diffusione prevista per queste apparecchiature e la probabile
competizione con batterie molto costose (dal
punto di vista economico e ambientale), favorirà
una maggiore diffusione delle celle a
combustibile nel mercato e l’accettazione di
queste nuove tecnologie nella società.
Nel 2004 Toshiba ha presentato la cella a
combustibile più piccola al mondo: da 100mW,
a metanolo. Il power pack usa un "concentration
gradient", invece di pompe, per misurare
combustibile e ossigeno e trasportarli
all’elettrodo.
Con uno stoccaggio di 2 cc la cella può fornire
l’energia ad un lettore MP3 per 20 ore.
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idrogeno e celle a combustibile
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ULTIMA SFIDA: CREARE L’INFRASTRUTTURA PER L’IDROGENO
Alla fine del 2003 sono state istituite due importanti organizzazioni
internazionali per arrivare alla realizzazione delle infrastrutture (idrogenodotti
e distributori) necessarie all’utilizzo dell’idrogeno in maniera diffusa in
Europa e nel mondo:
- nel novembre 2003 è stata costituita a Washington l’International Platform
for the Hydrogen Economy; è un’iniziativa degli Stati Uniti per facilitare
lo sviluppo dell’infrastruttura per il trasporto;
- nel dicembre 2003 inizia l’attività della European Hydrogen and Fuel
Cell Technologies Platform costituita dalla Commissione l’Europea.
idrogeno e celle a combustibile
L’obiettivo principale della Piattaforma Europea per le Tecnologie dell’Idrogeno
e le Celle a Combustibile è di facilitare ed accelerare lo sviluppo e l’utilizzo
di sistemi energetici basati su celle a combustibile prodotti in Europa nel settore
del trasporto, nelle applicazioni stazionarie e portatili. La piattaforma coordina
i progetti europei più significativi nel campo dell’idrogeno, con lo scopo di
fornire alla Commissione Europea i suggerimenti e gli elementi di conoscenza
necessari per orientare adeguatamente le proprie scelte e linee di indirizzo.
All’inaugurazione della Piattaforma, il 20 gennaio 2004, l’allora Presidente
della Commissione Europea, Romano Prodi, ha ribadito qual è l’obiettivo
principale della Piattaforma:
“To facilitate and accelerate the development and deployment of cost–effective,
world class european hydrogen and fuel cell based energy systems and
component technologies for applications in transport, stationary and portable
power”.
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EUROPEAN HYDROGEN AND FUEL CELL TECHNOLOGIES PLATFORM
La Piattaforma Europea per le Tecnologie dell’Idrogeno e le Celle a
Combustibile promuove programmi di ricerca e lo sviluppo industriale dei
prodotti. L’organizzazione è gestita da un Consiglio (in rappresentanza
delle Regioni europee partecipa anche la regione Lombardia), il quale
coordina 4 “gruppi d’iniziative” nei seguenti campi:
1. regolamentazione e normativa;
2. sviluppo economico e finanziamenti;
3. educazione;
4. disseminazione al pubblico in generale.
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Nella prima bozza dell’European Hydrogen Roadmap sono state definite
le attività necessarie nel campo socio-economico e politico per la fase di
transizione verso l’economia dell’idrogeno.
Le attività previste nella fase di “dimostrazione” sono:
1. lo sviluppo delle regole e delle normative;
2. la costruzione di un ruolo di “leader tecnologico” per l’Europa nel
campo dell’idrogeno e delle celle a combustibile;
3. l’attuazione di programmi di disseminazione e divulgazione per
l’opinione pubblica;
4. lo sviluppo della collaborazione a livello mondiale.
Per favorire la nascita ed il consolidamento del mercato su queste tecnologie
è necessario promuovere:
- l’introduzione di incentivi fiscali;
- la collaborazione tra privato e pubblico;
- lo sviluppo di una legislazione favorevole all’installazione dei nuovi
sistemi.
Dal 1999 al 2002 la Commissione Europea ha dedicato più di 144 mln
di Euro per favorire lo sviluppo delle tecnologie delle celle a combustibile
e dell’idrogeno; la Piattaforma Europea nel 2005 ha chiesto il raddoppio
del finanziamento previsto per avvicinarsi al budget degli Stati Uniti e del
Giappone. E’ previsto che il Settimo Programma Quadro finanzi grandi
progetti regionali che offrono un’opportunità di utilizzare i sistemi e celle
a combustibile ed a idrogeno in quantità più ampie (Progetti Faro).
10
LA MARCIA EUROPEA VERSO L’IDROGENO E LE CELLE A COMBUSTIBILE
Il passaggio dai combustibili fossili al nuovo sistema energetico, basato
sull’utilizzo complementare di due vettori (elettricità e idrogeno), richiede
una precisa pianificazione delle strategie da adottare.
Il cambiamento avverrà in maniera graduale, ottimizzando lo sfruttamento
dei combustibili fossili (gas naturale, metano, ecc.), incrementando l’utilizzo
delle fonti energetiche rinnovabili per la produzione di idrogeno attraverso
l’elettrolisi dell’acqua e favorendo lo stoccaggio dell’idrogeno per
immagazzinare l’energia prodotta a livello locale o industriale.
A tale riguardo la Commissione Europea ha già identificato le principali
tappe della marcia verso l’affermazione dell’idrogeno, delle celle a
combustibile e delle reti di distribuzione, identificando le azioni ed i relativi
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idrogeno e celle a combustibile
tempi di attuazione previsti nel breve, medio e lungo periodo.
Tabella di marcia europea (Road Map) per l’idrogeno e le celle
a combustibile
(Fonte: HLG Draft Report “Hydrogen energy and fuel cells – a vision of our future”)
idrogeno e celle a combustibile
11
INTERNATIONAL PARTNERSHIP FOR THE HYDROGEN ECONOMY (IPHE)
L’IPHE è un’iniziativa degli Stati Uniti per favorire una maggiore coesione
fra i paesi impegnati nello sviluppo delle infrastrutture per l’utilizzo
dell’idrogeno. L’idea è scaturita dalla proposta dell’Agenzia Internazionale
dell’Energia di Parigi nel maggio del 2003.
La missione della IPHE è di organizzare, valutare e coordinare le ricerche
multinazionali ed i programmi di sviluppo per accelerare la transizione
verso l’economia dell’idrogeno.
I finanziamenti complessivi per l’idrogeno dei paesi aderenti superano i
700 mln di Euro all’anno.
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Paesi aderenti:
Australia
Cina
Germania
Italia
Russia
Brasile
Corea
Islanda
Norvegia
Stati Uniti
Canada
Francia
India
Regno Unito
Unione Europea
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FINANZIAMENTI
idrogeno e celle a combustibile
Finanziamenti europei
I Programmi Quadro dell’Unione Europea (soprattutto il Settimo Programma
Quadro 2007-2013) offrono opportunità di finanziamenti per progetti
di ricerca e di dimostrazione nel campo dell’idrogeno e delle celle a
combustibile. Le informazioni aggiornate si trovano sul sito di riferimento
(www.cordis.lu). Altre opportunità di finanziamenti dell’UE sono i
programmi “LIFE”, “Intelligent Energy for Europe” ed “INTERREG”.
Finanziamenti nazionali
Il Ministero dell’Istruzione dell’Università e della Ricerca, nel
Decreto del 9 giugno 2004 (pubblicato nella Gazzetta Ufficiale del 24
giugno 2004), ha approvato i finanziamenti per un totale di 89 mln. di
Euro per progetti di ricerca e sviluppo dei sistemi di celle a combustibile
(38 mln di Euro) e dell’idrogeno (50 mln di Euro). I finanziamenti sono
gestiti dagli Istituti di ricerca e nei progetti sono state coinvolte anche
le Imprese.
Ulteriori informazioni si trovano nel sito: www.miur.it
Il Ministero dell’Ambiente finanzia progetti locali che contribuiscono
agli obiettivi di ridurre le emissioni in atmosfera. I finanziamenti hanno
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permesso l’installazione della cella a combustibile di 200kW al Museo
della Scienza di Milano nel 2002; inoltre il Ministero ha fatto un accordo
con la Regione Veneto per co-finanziare il progetto Hydrogen Park
Marghera. Tale progetto prevede l’utilizzo industriale di sistemi di celle
a combustibile usando l’idrogeno ottenuto dai processi petrolchimici degli
impianti presenti nel Porto di Marghera.
Ulteriori informazioni si trovano nel sito: www.minambiente.it
Alcuni finanziamenti regionali
In alcune regioni italiane sono già state avviate importanti iniziative che
riguardano sia l’uso stazionario dell’idrogeno con sistemi di piccola e
media taglia, sia l’utilizzo nella mobilità. In particolare si segnalano le
attività in corso nelle Regioni: Lombardia, Piemonte, Veneto, Emilia-Romagna
e Abruzzo.
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idrogeno e celle a combustibile
FREQUENTLY ASKED QUESTIONS (FAQ)
Di seguito si riportano alcune delle più frequenti domande sull’idrogeno e
le celle a combustibile e le relative risposte (a cura dell’Associazione H2IT).
FC = Fuel Cells (Celle a combustibile)
1 - Perché è necessaria una economia basata sull’idrogeno?
- La dipendenza dai combustibili fossili influenza la sicurezza nazionale,
economica e ambientale.
- Idrogeno e FC possono portare benefici non raggiungibili con altri mezzi.
- L’idrogeno può essere prodotto da fonti rinnovabili e da fonti convenzionali
locali; consente maggiore flessibilità nella produzione di combustibili e
migliora la disponibilità e la sicurezza nell’approvigionamento di energia.
- Le FC alimentate a idrogeno producono energia elettrica senza produrre
inquinanti convenzionali.
- A parità di potenza, le celle a combustibile producono molto meno CO2
di qualsiasi altro metodo convenzionale.
- Esistono tecnologie di transizione, come i veicoli ibridi, utili come soluzioni
temporanee. Idrogeno e FC possono offrire una soluzione definitiva.
2 – Il grande pubblico potrà permettersi di acquistare veicoli a FC?
- Per ora vengono prodotti solo prototipi dimostrativi. Come per altri
prodotti, dalle automobili tradizionali ai PC alle fotocamere digitali, i
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prodotti di prima generazione sono molto costosi; nel tempo, la
produzione di massa permetterà di ridurre i costi.
- La General Motors prevede di raggiungere costi competitivi nel 2010
e sta investendo centinaia di milioni di dollari in queste tecnologie.
- Altri operatori del settore prevedono l’avvio della produzione di massa
nel 2014.
3 – Le auto a idrogeno hanno una autonomia sufficiente?
- Lo stoccaggio dell’idrogeno a bordo dei veicoli è uno dei temi più
studiati e sono in corso numerosi progetti dimostrativi.
- Già oggi, l’idrogeno compresso in bombole convenzionali garantisce
autonomia sufficiente per alcune applicazioni di nicchia, come il
trasporto urbano di passeggeri e di merci.
- I migliori prototipi a idrogeno gassoso hanno un’autonomia superiore
a 300 km; altre soluzioni hanno consentito di raggiungere anche i
450–500 km.
4 – L’idrogeno è sicuro?
- L’idrogeno è sicuro quanto i combustibili convenzionali oggi sul mercato,
se non addirittura più sicuro.
- Da più di cinquanta anni l’idrogeno è prodotto in grandi quantità per
uso industriale e l’esperienza ha mostrato che può essere prodotto e
distribuito con sicurezza.
- Alcuni studi specialistici indicano che i sistemi di stoccaggio dell’idrogeno
possono raggiungere standard di sicurezza migliori di quelli della
benzina e del GPL e pari a quelli del metano.
- In molti paesi del mondo, compresa l’Italia, l’idrogeno è stato distribuito
e utilizzato come combustibile per uso domestico; il “gas di città” era
infatti composto da idrogeno e CO. In Giappone anche oggi il gas
di città è distribuito a circa mezzo milione di abitazioni.
- Le caratteristiche dell’idrogeno sono diverse da quelle degli altri
combustibili, anche gassosi, ed è quindi necessario mettere a punto
nuove regole e nuove procedure di sicurezza.
5 – Il costo dell’idrogeno sarà più alto di quello della benzina?
- Anche per il costo dell’idrogeno è prevedibile una riduzione con la
produzione di massa.
- Il costo dei combustibili convenzionali è destinato ad aumentare e non
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idrogeno e celle a combustibile
si vede un possibile cambio di tendenza. Questo è dovuto al progressivo
esaurimento del petrolio e a un corrispondente aumento dei costi di
estrazione.
- Il costo al chilometro dei veicoli elettrici alimentati a FC è basso a causa
del rendimento molto alto (circa 50%) rispetto a quello dei veicoli a
combustione interna (circa 15%).
Idrogeno e carburanti fossili: analisi comparativa dei costi al km
Autonomia km
(min÷max)
Capacità
Serbatoio
Costo carburante
(Euro/km)
Auto Benzina
480÷700
40÷65 lit.
Auto Diesel
800÷900
40÷50 lit.
0,09÷0,10
(Nota 1)
0,05
(Nota 1)
0,045
(Nota 1)
0,10÷0,13
(Nota 2)
0,07÷0,08
(Nota 2)
Auto Metano
idrogeno e celle a combustibile
Auto H2
(ICE)
Auto H2
(Fuel Cell)
340
25 kg CH4
120÷300
2,7÷8,4 kg H2
150÷300
2,5÷4,5 kg H2
Nota 1) Costo comprensivo di accise - Nota 2) Costo al netto di eventuali accise
6 - Dove potremo comprare l’idrogeno?
- I consumatori dovranno poter comprare l’idrogeno alle stazioni di servizio,
come gli altri combustibili. E’ previsto anche che l’idrogeno venga prodotto
direttamente a casa, con piccoli elettrolizzatori.
- Esiste già una infrastruttura per la produzione e la distribuzione di
idrogeno per uso industriale; deve solo essere ampliata e adattata alle
nuove esigenze.
- Anche l’infrastruttura per la produzione di combustibili tradizionali è
complessa e costosa e ha richiesto molti anni per raggiungere l’attuale
diffusione capillare. L’Agenzia Internazionale per l’Energia stima che gli
USA dovranno spendere 3 trilioni di $ nel settore del petrolio nei prossimi
30 anni. Si può immaginare che sia più conveniente investire in una
infrastruttura per l’idrogeno.
7 - Il passaggio a una economia dell’idrogeno porterà benefici ambientali?
- Solo l’idrogeno offre la possibilità di eliminare completamente l’inquinamento
prodotto dai veicoli.
- L’idrogeno può essere prodotto sia da fonti fossili sia da fonti rinnovabili.
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Anche se l’idrogeno è prodotto per reforming del metano, secondo
l’Argonne National Laboratory, un veicolo a FC produce il 60 % in meno
di gas serra rispetto a un veicolo a benzina e il 25 % in meno di un
veicolo ibrido.
- L’idrogeno può essere usato anche per la generazione distribuita di
energia elettrica e calore, con un’ulteriore contributo alla riduzione delle
emissioni inquinanti, soprattutto in ambito urbano.
8 - E’ importante il metodo di produzione dell’idrogeno?
- Alcuni pensano che l’idrogeno debba essere prodotto solo da fonti
rinnovabili; altri sostengono che le rinnovabili non devono mai essere
utilizzate per produrre idrogeno, almeno fino a quando non avranno
superato il 20% della produzione totale di energia elettrica.
- L’idrogeno “pulito” ottenuto dalle rinnovabili è sicuramente il combustibile
più interessante. Fino a quando le fonti rinnovabili non saranno sfruttate
in misura maggiore e con costi più bassi, il reforming del metano è un
passo indispensabile, che porta comunque sensibili benefici ambientali.
- Nel frattempo, l’idrogeno è un metodo pulito e versatile per accumulare
energia quando si verificano sovrapproduzioni di energia dovute alle
differenze tra produzione e richiesta o per la gestione di fonti intermittenti
come l’eolico e il solare.
9 – Quando saranno disponibili le prime vetture commerciali?
- Entro il 2010 saranno disponibili autobus urbani a idrogeno e circoleranno
le prime flotte di veicoli per servizi pubblici.
- Tra il 2010 e il 2020 saranno disponibili anche vetture per il grande
pubblico.
La Piattaforma Europea per l’Idrogeno ha pubblicato un interessante elenco
di possibili applicazioni, che può essere consultato sul sito specifico
(www.hfpeurope.org).
10 – Cosa si può fare oggi per promuovere l’uso dell’idrogeno?
- Seguire e diffondere lo sviluppo delle nuove tecnologie.
- Promuovere applicazioni a elevata visibilità.
- Creare le opportunità per realizzare progetti dimostrativi a livello locale
per coinvolgere Enti, Istituti e Aziende in applicazioni reali.
- Stimolare la nascita di un indotto dedicato alle tecnologie dell’idrogeno
e delle FC.
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idrogeno e celle a combustibile
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PER SAPERNE DI PIU’
Link Utili (rilevanza Internazionale)
www.iphe.net: sito dell’International Partnership for the Hydrogen Economy.
www. hfpeurope.com: sito della Piattaforma Europea.
www.h2euro.org: sito dell’Associazione Europea per l’Idrogeno.
www.cordis.lu: info su progetti europei.
www.europa.eu.int/comm/energia: sito della Commissione Europea.
www.managenergy.com: sito delle attività e dei progetti in corso in Europa.
www.fuelcelleurope.org: sito dell’Associazione Europea per le celle a
combustibile.
www.fuelcelltoday.com: rivista digitale con novità internazionali sulle
applicazioni di celle a combustibile.
idrogeno e celle a combustibile
Link Utili (rilevanza Nazionale)
www.h2it.org: Associazione Italiana Idrogeno e Celle a Combustibile,
informazioni su seminari tecnici, convegni, progetti nazionali ed europei
e opportunità di partnership.
www.puntoenergia.com: rete di agenzie per l’energia operanti a livello
provinciale attive negli ambiti della diagnosi, pianificazione e certificazione
energetica e del risparmio energetico.
www.fotovoltaici.com: informazioni su materiali, tecnologie, impianti,
applicazioni, normative, rivista “Fotovoltaici”, recensioni, appuntamenti,
glossario.
www.aper.it: Associazione Produttori di Energie Rinnovabili.
www.minambiente.it: Ministero dell’Ambiente, informazioni su fonti
rinnovabili ed efficienza energetica.
www.isesitalia.it: sezione italiana della International Solar Energy Society,
l’organizzazione no-profit più importante a livello europeo per la promozione
delle fonti rinnovabili.
www.eurosolaritalia.org: European Association for Solar Energy. La sezione
italiana svolge la sua attività nell’ambito della scienza, della cultura e
della politica, focalizzate nella pianificazione urbana e territoriale.
Eventi di approfondimento
IdrogenoExpo, www.idrogenoexpo.com, evento annuale
Milano Energia, www.milanoenergia.it, rassegna biennale con seminari
sull’idrogeno e celle a combustibile
H2Roma, www.h2roma.org, evento annuale
HySy Days, www.envipark.it, evento biannule
Seminari Tecnici, www.h2it.org
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