Lo sviluppo di un’economia fondata sull’idrogeno richiede l’implementazione di metodi economici per produzione, trasporto, distribuzione e stoccaggio dell’idrogeno.
Diversi sono i processi per la produzione dell’idrogeno:
Reforming di idrocarburi:
E' il processo più largamente diffuso a livello industriale e consiste nella conversione catalitica di metano (ma anche idrocarburi più pesanti quali etano e nafta) con vapore acqueo a temperature comprese tra gli 800°C e i 1000°C. Il processo prevede due reazioni distinte:
1. Scissione della molecola del metano o di altri idrocarburi leggeri in presenza di vapore:
CnHm + nH2O → nCO + (n+m/2)H2
2. reazione di “shift" per convertire il monossido di carbonio in anidride carbonica:
CO +H2O → CO2 + H2
Successivamente i gas passano in unità PSA (Pressare Swing Adsortion) nelle quali avviene la separazione tra idrogeno ed anidride carbonica.
Dissociazione dell'ammoniaca:
Tale sistema produttivo viene utilizzato in settori industriali dove il consumo dell’idrogeno non è elevato e dove la presenza di azoto in concentrazioni fino al 25% non danneggia il processo produttivo.
Ossidazione parziale di idrocarburi:
Gli idrocarburi utilizzati possono essere gas naturale, nafta, coke di petrolio o carbone. Questi combustibili vengono fatti reagire ad alte temperature (1300°C-1500°C) con ossigeno e/o aria arricchita in ossigeno a dare idrogeno e monossido di carbonio.
La reazione globale che avviene in reattori in pressione è:
CnHm + n/2O2 → nCO + m/2 H2
Gassificazione del COKE:
C + 2H20 → C02 + 2H2
Questo processo è particolarmente diffuso nei paesi dove la scarsità di idrocarburi leggeri rende alti i costi di produzione mediante steam reforming. I gas ottenuti vengono purificati in unità PSA.
Altri processi:
Decomposizione del metanolo
Prodotto secondario nei processi di produzione cloro-soda
Fermentazione delle biomasse.
Elettrolisi dell'acqua:
Il processo di dissociazione elettrolitica dell’acqua avviene attraverso l’utilizzo di corrente elettrica e produce idrogeno ed ossigeno rispettivamente al catodo ed anodo della cella elettrochimica.
Dal punto di vista industriale tale processo non è conveniente poiché i costi di produzione non diminuiscono con le dimensioni dell'impianto come avviene nel caso dello steam reforming ma sono direttamente correlati alla quantità di idrogeno prodotta.
Ma se si pensa ad una società basata esclusivamente sull’idrogeno questo dovrebbe essere prodotto da fonti rinnovabili e non da fonti fossili. Attualmente l’unico processo produttivo sviluppato a livello industriale che lo consente è quello elettrolitico:
che risulta la via migliore tenendo conto che il 71% della superficie terrestre è ricoperto di acqua.
L’energia necessaria al processo può essere di tipo solare, eolico o idroelettrico.
Il sole è infatti in grado di emettere in un ora una quantità di calore sufficiente ad equilibrare il fabbisogno energetico della terra di un anno.
L’idrogeno prodotto può essere staccato sia in forma liquida sia in forma compressa, quindi trasportato ed infine o bruciato in un motore a combustione interna oppure utilizzato per alimentare una cella a combustibile per generazione di potenza producendo come prodotto di scarto acqua.
In questo modo è possibile realizzare un ciclo energetico completamente pulito, sostenibile e rinnovabile.
Liquefazione dell’idrogeno
Linde è all’avanguardia nella costruzione di impianti per la liquefazione dell’idrogeno. Il processo di liquefazione dell’idrogeno è molto oneroso dal punto di vista energetico ma consente di avere un prodotto con una più elevata densità energetica (riduzione dei costi di trasporto con aumento della capacità stoccabile) ed un più elevato grado di purezza indispensabile per alcune applicazioni tecnologiche.
Ad Ingolstadt, in Germania, Linde possiede uno dei tre impianti di liquefazione idrogeno presenti in Europa.
