sabato 13 Aprile 2024

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Trasporto e stoccaggio dell’idrogeno: il dispendio energetico

L’importanza dell’idrogeno per la decarbonizzazione è innegabile, sia nell’industria chimica che nei Paesi sviluppati. Tuttavia, nonostante la sua relativa facilità ed economicità nella produzione, il trasporto e lo stoccaggio dell’H2 puro sono state sfide notoriamente ardue. La maggior parte delle soluzioni disponibili richiede investimenti considerevoli in termini di costi operativi ed energetici.

L’idrogeno rappresenta l’elemento chimico con la minore massa conosciuta, e la molecola H2 è la più leggera tra tutte. Di conseguenza, l’idrogeno ha una densità estremamente bassa a pressione atmosferica. Per renderne efficiente lo stoccaggio e il trasporto, è necessario condensarlo. Questo processo è tradizionalmente affrontato attraverso metodi come:

  1. Compressione ad alta pressione: per l’idrogeno allo stato gassoso, con pressioni da 350 a 700 bar (5.000 a 10.000 psi) o più.
  2. Liquefazione criogenica: per l’idrogeno allo stato liquido, abbassando la temperatura al di sotto del suo punto di ebollizione a -253°C (-423°F, 20,28 K).
  3. Stoccaggio allo stato solido: tramite adsorbimento su superfici solide e all’interno di strutture reticolari dei solidi.

Tuttavia, tutte e tre le metodologie comportano costi operativi ed energetici elevati:

  • I serbatoi per alte pressioni richiedono materiali compositi costosi.
  • La liquefazione richiede raffreddamento multi-stadio, con un consumo energetico di circa il 40% dell’energia contenuta nell’idrogeno.

Nel caso dello stoccaggio in fase solida, si manifestano svantaggi come una capacità gravimetrica limitata, reversibilità condizionata da pressioni e temperature, instabilità dei materiali e necessità di temperature molto basse (-321°F / -196°C).

I costi, soprattutto quelli energetici, minano il potenziale di zero emissioni dell’idrogeno, specialmente se l’energia impiegata proviene da fonti non rinnovabili. Questi fattori si estendono al trasporto su lunghe distanze e alla conservazione a lungo termine.

La soluzione in fase di sviluppo Per superare queste sfide, i ricercatori stanno indagando su modalità di stoccaggio meno dispendiose in termini energetici. Un approccio promettente è l’utilizzo dei Vettori Organici Liquidi di Idrogeno (LOHC), che offre nuove opportunità per la cattura del calore e la rigenerazione dei catalizzatori.

I LOHC sono composti da carbonio-idrogeno o carbonio-carbonio che rimangono liquidi a temperatura e pressione ambiente. Questi vettori reagiscono con l’idrogeno in una reazione catalitica esotermica a pressioni elevate (435-725 psi / 30-50 bar) e alte temperature (150-200°C / 302-392°F), immagazzinando l’idrogeno in modo sicuro. Quando necessario, il LOHC rilascia l’idrogeno attraverso una reazione catalitica endotermica a temperature più elevate (250-320°C / 482-608°F). Questo processo è più efficiente rispetto alla compressione o liquefazione dell’idrogeno ed offre una maggiore capacità di carico rispetto allo stoccaggio in fase solida.

I ricercatori stanno testando diversi composti LOHC per identificare quelli con il minor numero di svantaggi e il massimo di benefici. Questi comprendono coppie come metilcicloesano (MCH)/toluene e peridro-dibenziltoluene/dibenziltoluene, oltre a decalina/naftalene.

Gli aspetti positivi dei LOHC I LOHC consentono lo stoccaggio e il trasporto di grandi quantità di idrogeno per tempi virtualmente illimitati, senza rischio di perdite. Questo sistema non rilascia CO2 o N2 nell’atmosfera, contrariamente ad altri concetti Power-to-X*. Nonostante i vantaggi, i LOHC richiedono attenzione alla sicurezza, in quanto alcuni composti, come il dibenziltoluene, possono rappresentare rischi per l’ambiente e la salute.

I sistemi LOHC rappresentano una svolta nell’uso dell’idrogeno, potenzialmente realizzando il suo ruolo come combustibile a basso impatto climatico. Sebbene presentino sfide, la loro efficacia e sicurezza in campo ambientale ed energetico li rende una soluzione intrigante e promettente.

Per ulteriori dettagli sull’argomento, consulta anche il nostro articolo sul Blog: “Minimizzazione del Rischio Legato alle Perdite di Idrogeno”.

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