Dipartimento di Chimica, Università di Firenze
La situazione di inquinamento urbano degli ultimi tempi ha generato un dibattito pubblico sull'opportunità di utilizzare l'idrogeno come combustibile per i mezzi di trasporto e più in generale sulla creazione di una vera e propria 'economia all'idrogeno' che ci liberi finalmente dalla nostra dipendenza dall'importazione di combustibili fossili. Se ne parlava gà 30 anni fa, ma era rimasto fin'ora un argomento noto solo agli specialisti. Per il pubblico in generale la faccenda idrogeno sembra ancora piuttosto misteriosa. Come contributo a questo dibattito ho cercato qui di riassumerne i punti principali. I dati che riporto qui sono presi in gran parte dal libro 'Tomorrow's energy' di Peter Hoffmann (MIT press, 2001), 'Powering the future' di Tom Koppel (Wiley 1999) e da 'La via del sole' di Enrico Turrini (Firenze 1990), come pure su molte altre sorgenti piuttosto sparpagliate. IL PROBLEMA. L'idrogeno viene proposto al momento attuale principalmente come una soluzione per l'inquinamento ambientale dei centri urbani. In realtà il problema di fondo è ben più grave e complesso e coinvolge il progressivo esaurimento delle fonti energetiche fossili a livello mondiale, di cui l'inquinamento locale che vediamo oggi è solo una manifestazione. Limitandoci a vedere il problema solo in termini di inquinamento dell'aria finiremmo per trascurare il problema delle fonti primarie, problema che si pone oggi in modo pressante come è chiaro dall'attuale situazione politica internazionale. La questione del passaggio a un economia energeticamente sostenibile e indipendente dal petrolio e dagli altri combustibili fossili è ormai qualcosa che non possiamo più rimandare.

LA SOLUZIONE. Non è difficile produrre energia elettrica da fonti rinnovabili: eoliche, fotovoltaiche, idroelettriche o altro: il problema è produrla esattamente quando ne abbiamo bisogno. Se usiamo, per esempio, il vento non possiamo fermare tutto al primo giorno di bonaccia. Se usiamo il fotovoltaico, tutto si spegne appena cala il sole. Perciò abbiamo bisogno di metodi per immagazzinare l'energia, per riutilizzarla quando necessaria. Di questi metodi ne esistono parecchi, ma la maggior parte sono costosi e complessi. Al momento attuale nessuno è neanche lontanamente paragonabile all'idrogeno in termini di efficienza, sicurezza, versatilità, basso costo e compatibilità ambientale.
Partendo da energia elettrica si può scomporre l'acqua in idrogeno e ossigeno. Ricomponendo l'idrogeno con l'ossigeno dell'aria si riottiene l'acqua e energia in forma di calore o energia elettrica. Questi sono processi molto efficienti che generano un ciclo totalmente sostenibile e ambientalmente pulito. L'idrogeno, dunque, non è una fonte di energia (come qualche volta si sente dire) ma semplicemente un metodo per immagazzinare energia. Come tale, risolve il problema dell'intermittenza delle fonti rinnovabili. Un ulteriore vantaggio dell'idrogeno è la sua trasportabilità che lo rende adatto per la propulsione di veicoli.

COME SI OTTIENE L'IDROGENO Attualmente l'idrogeno viene prodotto quasi totalmente dal 'reforming' degli idrocarburi fossili, ovvero dal metano. Questo non è, ovviamente, un processo sostenibile ma è tuttavia abbastanza pulito ed è spesso meno inquinante del bruciare direttamente gli stessi idrocarburi nei motori o nelle centrali elettriche. Comunque, l'idea dell'economia basata sull'idrogeno è di utilizzare solo idrogeno ottenuto per scomposizione dell'acqua. Questo si può fare mediante energia elettrica oppure con altri processi detti 'termochimici'.
L'uso dell'energia elettrica per la scomposizione dell'acqua si chiama 'elettrolisi'. E' un processo ben noto che ha efficienze elevate, al minimo del 70% ma che possono essere anche dell'ordine dell'80-90%. Per il momento, l'idrogeno elettrolitico costa ancora troppo caro per essere concorrenziale ma questo potrebbe cambiare a breve scadenza, come risultato per esempio di economie di scala.

IDROGENO NUCLEARE O SOLARE' Alcuni dei proponenti dell'economia a idrogeno hanno sostenuto la necessità di ritornare al nucleare per produrlo. In effetti i costi dell'energia elettrica prodotta in impianti nucleari sono piuttosto bassi e questo rende interessante da un punto di vista economico l'idea di basare sul nucleare l'economia all'idrogeno. Si tratta di vedere però come i costi vengono calcolati: se includiamo i costi della sicurezza, dello smaltimento delle scorie e tutto il resto, le centrali nucleari non sono poi così convenienti. In ogni caso non sarebbe molto sensato fare una gran fatica per sostituire il petrolio con un'altra fonte non rinnovabile, ovvero l'uranio. Dopo un po' ci ritroveremmo al punto di prima. Viceversa, la produzione di idrogeno da fonti solari è provata in termini sia qualitativi che quantitativi. Il solo problema di questo tipo di impianti è l'area occupata. Nella pratica, se volessimo soddisfare al 100% le esigenze energetiche in Italia mediante impianti solari (fotovoltaici o termici) occorrerebbe sfruttare circa l'1%-2% del territorio, cosa possibile anche se indubbiamente di un impatto ambientale non trascurabile. Nella pratica, il problema sarebbe meglio abbordabile supportando gli impianti solare con una combinazione di risparmio energetico, energia eolica, idroelettruca e geotermica.

COME SI USA L'IDROGENO. Il modo più efficace per sfruttare l'energia dell'idrogeno è di farlo ricombinare con l'ossigeno a bassa temperatura nelle pile a combustibile ottenendo direttamente energia elettrica. L'idrogeno è anche un combustibile gassoso che si può usare al posto dei combustibili attuali in quasi tutti gli usi comuni. Se è vero che le pile a combustibile sono efficienti è anche vero che sono pesanti e costose per cui in certi casi potrà essere necessario o utile mantenere i vecchi motori termici (e poi sembra che molti non riescano a concepire che un automobile non faccia l'appropriato 'rombo', chissà forse se ne potrebbe generare uno finto con un altoparlante, proprio per farli contenti).
E' stato anche dimostrato che l'idrogeno può essere utilizzato come gas domestico per il riscaldamento e per la cucina. L'idrogeno può essere utilizzato anche in molti processi non correlati alla produzione di energia, per esempio per fare l'acciaio. Serve anche come base per fare un gran numero di prodotti indispensabili: medicinali insetticidi e soprattutto fertilizzanti.

IMMAGAZZINAMENTO E TRASPORTO. Sono problemi tecnologici largamente risolti ma che devono ancora essere perfezionati e pertanto ci si sta ancora lavorando. Il modo più semplice per immagazzinare l'idrogeno è sotto forma di gas compresso. A parità di energia immagazzinata, i serbatoi di idrogeno compresso sono più leggeri di quelli per i combustibili attuali, ma anche più voluminosi. In un'automobile a idrogeno dovremmo avere un po' più di spazio occupato dal serbatoio oppure accontentarci di un autonomia di 100-200 Km invece degli attuali 400-600. Lo stesso vale per gli aerei a idrogeno che dovrebbero avere una fusoliera più 'panciuta' per far posto ai serbatoi.
Ci sono anche metodi più sofisticati per immagazzinare l'idrogeno, ma sono più costosi e complessi. Infine, non ci sono problemi fondamentali per trasportare l'idrogeno su lunghe distanze attraverso dei gasdotti simili a quelli attuali per il metano. Tuttavia gli 'idrogenodotti' dovranno essere diversi e separati per la necessità di usare materiali e metodi specifici.

SICUREZZA. Nonostante l'impressione diffusa basata su certi casi particolari, tipo il disastro dell'Hindemburg o quello dello Space Shuttle 'Challenger', l'idrogeno è decisamente un combustibile sicuro, sotto molti aspetti più sicuro dei combustibili attuali. Ovviamente, è infiammabile e va maneggiato con le precauzioni del caso. Se mescolato con l'ossigeno in un ambiente chiuso genera una miscela esplosiva, ma in questo non è molto differente dal gas naturale utilizzato come combustibile attualmente. In pratica, essendo leggero, l'idrogeno tende a diffondere rapidamente verso l'alto e a non accumularsi, per cui i problemi in questo senso sono molto ridotti.
In incidenti con veicoli alimentati a idrogeno si è visto come anche nel caso di una rottura dei serbatoi l'idrogeno tende semplicemente a sfuggire verso l'alto. Se si incendia, genera una fiammata localizzata che si esaurisce rapidamente. Se ci pensiamo, tutti noi siamo abituati ad andare in giro con veicoli che sono delle vere e proprie bombe vaganti: un centinaio di litri di benzina o gasolio nel serbatoio sono estremamente pericolosi. Un veicolo a idrogeno sarebbe certamente più sicuro. Per esempio, se nell'attentato dell'11 settembre gli aerei-bomba fossero stati alimentati a idrogeno, è probabile che le torri gemelle sarebbero sopravvissute.

LA STRADA PER L'IDROGENO. Se l'idrogeno è così bello, perchè non lo abbiamo già' E' un problema di costi e di inerzia tecnologica e soprattutto finanziaria. Il primo a proporre un'economia mondiale basata sull'idrogeno è stato Cesare Marchetti verso il 1970. Marchetti stesso, tuttavia, faceva notare come la sostituzione di una tecnologia con un altra richiede tempi lunghi, soprattutto se lasciata unicamente alle cosiddette 'forze del mercato'. Marchetti riteneva che i tempi naturali di sostituzione del petrolio con l'idrogeno fossero dell'ordine dei 50-100 anni e aveva probabilmente ragione perchè nonostante le crisi energetiche degli anni 70 non si è fatto quasi nulla a questo proposito. E' una questione di costi e di volontà politica combinate. Per dare un'idea dei costi che abbiamo di fronte, verso la fine degli anni 80 si fece uno studio particolareggiato sulla possibilità di creare un grosso impianto solare fotovoltaico in Algeria per fornire energia elettrica a tutta la Germania del sud attraverso un idrogenodotto. Il costo totale dell'impresa veniva a essere di qualcosa come 150-200 miliardi di Euro. In se, non è una cifra assurda, come ordine di grandezza corrisponde più o meno al costo della guerra all'Iraq del 2003. Se somme di questo genere fossero dirottate sull'energia con uno sforzo coordinato da tutti i paesi, in 10-20 anni potremmo mettere in piedi una struttura di base che ci metterebbe al riparo dalle future crisi energetiche. Questo concetto sembra abbastanza chiaro a Bruxelles, dove la commissione Europea sta facendo un notevole sforzo per orientare l'economia europea su un'infrastruttura basata sull'idrogeno. L'Italia, per ora, sembra in controtendenza in questa come in altre cose, ma ci sono almeno alcuni segni di una presa di coscienza in atto a diversi livelli. Le cose cambieranno se (quando) andremo a sbattere il naso contro qualche nuova crisi del petrolio. Visto come stanno andando le cose, può darsi che non dovremo aspettare molto.

IL MONDO ALL'IDROGENO. Come potrebbe essere un mondo futuro basato sull'idrogeno' Di certo sarebbe un mondo più pulito del nostro e potrebbe anche non apparire molto diverso, con la possibilità anche di mantenere alcune delle nostre cattive abitudini, tipo quella di affollarci in grandi ingorghi di traffico. E' difficile dire se sarebbe anche un mondo più pacifico, ma è possibile. In effetti molti dei guai che ci affliggono oggi sono dovuti alla distribuzione geograficamente disomogenea delle risorse energetiche e ' paradossalmente ' al loro basso prezzo. Il mondo basato sull'idrogeno è un mondo dove le risorse energetiche sono ragionevolmente delocalizzate e differenziate per cui non sono più risorse critiche o 'strategiche'. Pertanto non hanno più bisogno del complesso e pericoloso apparato politico e militare che sta in piedi oggi col petrolio. Non dobbiamo pensare a un mondo bucolico e idillico dove ogni villetta unifamiliare si fa il suo idrogeno con un rotore sul tetto. Però, il bello dell'idrogeno solare è che è possibile anche su scale modeste. Per esempio, un impianto eolico/elettrolitico di potenza dell'ordine di qualche centinaio di KW è stato sperimentato recentemente in uno studio fatto all'ENEA in Italia, che riferisce che ha funzionato piuttosto bene. Impianti di questo genere hanno ordini di costi di un milione di EUR o anche molto meno e hanno un potenziale enorme per dare ai paesi poveri una possibilià di avere fonti energetiche gestibili e non inquinanti evitando, per esempio, la deforestazione.

IL FUTURO DEL PIANETA. Alla fine dei conti, l'idrogeno può risolvere molti dei problemi planetari che il petrolio ci causa. Ci da una base per avere almeno una possibilità di dare da mangiare e una vita decente a parecchi miliardi di esseri umani ancora per decenni (ovviamente a tutta questa gente non possiamo dar da mangiare idrogeno, tuttavia dall'idrogeno si fa l'ammoniaca, dalla quale si fanno i fertilizzanti). Ma sarebbe ingenuo pensare che l'idrogeno ci risolva ogni cosa. Rissosi e rognosi come siamo, abbiamo ottime possibilità di sprecare le nostre risorse a farci guerre e a inventare armi ancora più distruttive di quelle che abbiamo già. Se non ci mettiamo daccordo fra noi, l'idrogeno, come ogni altra soluzione puramente tecnologica, serve a poco.

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