domenica, luglio 08, 2007

Idrogeno, energia del futuro?

Come i lettori di questo blog avranno capito, condividiamo un certo scetticismo sula cosiddetta "economia dell'idrogeno". Ma personalmente mi ritrovo piuttosto a disagio ad avere un'opinione che cozza contro quello che è il senso comune. E quindi cerco di capire cosa succede tra chi di idrogeno se ne occupa professionalmente.

Recentemente sono incappato nell'interessante opuscolo dell'ENEA sull'uso energetico dell'idrogeno, Idrogeno, energia del futuro.
Si tratta di una pubblicazione veramente fatta bene, interessante accurata, con un sacco di notizie che a me sono risultate utilissime. Ho scoperto, ad esempio, che contrariamente a quanto pensassi, un'auto ad idrogeno è meno pericolosa di una a benzina, in caso di incidente l'idrogeno, anche se piglia fuoco, brucia salendo velocemente verso l'alto, disperdendo il calore e producendo relativamente pochi danni. L'opuscolo si fa i suoi conti sull'efficienza energetica di un'auto a cella a combustibile e, dati i rendimenti bassissimi di un motore a combustione interna, la prima riesce persino a fare di meglio, nonostante i passaggi necessari a produrre e utilizzare l'idrogeno.

Comunque le cose più interessanti sono quelle non dette, come al solito. O quelle che si ricavano prendendo i numeri e ragionandoci sopra. Per chiarire subito dove voglio arrivare, il "non detto" è il confronto tra idrogeno e batterie come vettore energetico, l'opuscolo confronta sempre e solo idrogeno con motori a combustione interna, ipotizzando di ricavare comunque l'idrogeno dai combustibili fossili. Il vantaggio principale di questa ipotesi sarebbe la maggior facilità nel sequestrare la CO2. L'idrogeno, quindi, sarebbe un sistema per ridurre l'effetto serra. Ma se l'idrogeno serve a trasportare energia (elettrica) va confrontato con gli altri modi per farlo, che esistono oggi.


Il primo numero da prendere in considerazione è il costo. Attualmente, secondo l'opuscolo, un motore a celle a combustibile costa circa 10.000 euro per kW, cento volte il costo di un motore a benzina. Un'utilitaria ha bisogno di circa 15 kW, e quindi il motore costerebbe, oggi, 150 mila euro. Il guaio (non detto) è che questi costi sono difficilmente riducibili, in quanto una discreta fetta è costituita da platino. Sono trent'anni che si cerca di costruire celle a combustibile con molto meno platino, o con qualcos'altro al posto del platino, senza grandi successi.

Se come vettore energetico, invece dell'idrogeno, si utilizzano batterie, il costo è dovuto soprattutto a queste ultime. Dipende dall'autonomia che si desidera, ma per prestazioni confrontabili con quelle dell'idrogeno (che pure ha i suoi problemi di immagazzinamento e quindi di autonomia) usando batterie al litio servono 1500 euro/kW, un sesto che per l'idrogeno. I prezzi stanno inoltre calando, è ragionevole pensare di arrivare, con la produzione in serie, a valori non troppo più alti di quelli di un motore a benzina.

Se pensiamo di utilizzare energie rinnovabili, in fondo il motivo principale per passare ad auto elettriche è la prospettiva di un esaurimento del petrolio, diventa cruciale calcolare l'efficienza energetica. Quindi occorre confrontare la resa del ciclo completo dell'idrogeno, dal pannello solare (o dalla centrale nucleare, se credete che l'uranio cresca sugli alberi) fino alla ruota. Qui l'opuscolo non ci viene in aiuto, ma guardando altrove, si trovano efficienze massime del 40-50% (e tipiche intorno al 25-30%) per l'idrogeno, e dell'80-85% per le batterie. In altre parole, con la stessa energia elettrica facciamo andare un'auto ad idrogeno, o tre auto a batterie.

Infine si può, leggendo tra le righe, capire il livello di maturità tecnologica dell'idrogeno. L'opuscolo ci dice quanto siamo avanti nel cercare di risolvere i problemi di produzione, stoccaggio, distribuzione, conversione ad energia elettrica. Ma è chiaro, leggendo, che in tutti questi campi siamo lontani da una soluzione consolidata. Abbiamo soluzioni funzionanti, ma sono costose e poco efficienti. Servono grossi passi avanti tecnologici, che possiamo solo sperare arrivino in tempo. Per la trazione elettrica tutte le soluzioni, abbastanza consolidate, ci sono, o sono comunque molto più vicine. Esistono batterie, in veicoli commerciali, che durano 20 anni e si ricaricano in un quarto d'ora.

Conclusioni? Be', l'opuscolo mi ha convinto che l'idrogeno è comunque qualcosa su cui val la pena di ricercare. Se arriverano celle a combustibile più economiche (molto più economiche) qualche uso poi si troverà. L'idrogeno può essere prodotto nei momenti di esubero di energia, ed utilizzato, anche se con rendimenti quasi catastrofici, nei momenti di carenza. Ma si tratterà sempre di un utilizzo relativamente poco importante, e condizionato a miglioramenti tecnologici che appaiono comunque lontani. Nel frattempo conviene puntare su altro: miglioramenti, soprattutto economici, delle batterie al litio, abbattimento dei costi delle energie rinnovabili, tutto il necesario lavoro di ingegnerizzazione per arrivare a soluzioni di serie. Puntare sull'idrogeno, costoso, inefficiente, lontano nel tempo, significa allontanare la prospettiva di soluzioni reali ai problemi che abbiamo davanti.

10 commenti:

Anonimo ha detto...

Un unico appunto: neanche il litio cresce sugli alberi.
Per il resto, ottimo articolo!

Anonimo ha detto...

Neanche il litio cresce sugli alberi .. ma lo puoi riciclare e riutilizzare all'infinito per nuove batterie. L'uranio non cresce sugli alberi ed una volta consumato... rien be va plus... esattamente come il petrolio.
Quindi ottimo articolo.
Massimo

Gianni Comoretto ha detto...

Certo, il litio e' raro. Ma ce n'e' abbastanza per fare le batterie che ci servono. Mentre di platino no, non ce n'e' abbastanza, se si volesse ad es. riconvertire ad idrogeno il parco auto esistente.
Comunque il litio in una batteria ne rappresenta oggi una frazione del costo, in una cella a combustibile il grosso del costo e' platino. Quindi il rapporto circa 1 a 5 che c'e' tra i relativi costi e' destinato ad aumentare, e il vantaggio che oggi le auto a batteria gia' hanno su quelle ad idrogeno sara' sempre piu' ampio, anche senza considerare l'enorme differenza in efficienza energetica.

Infine una considerazione personale. Non ho l'auto, uso per i miei spostamenti treno, uno scooter elettrico, la bici, e un'auto in car sharing per quando non se ne puo' fare a meno. Considero un assurdo di insostenibilita' ambientale il modello di mobilita' che abbiamo, con gente costretta a passare una fetta della sua vita in una scatola di latta perche' e' possibile e quindi diventa obbligatorio. In una situazione di post-picco, non sara' semplicemente possibile sostenere questo modello. Idrogeno, batterie, eolo, o pedali, semplicemente dovremo abituarci all'auto come un bene di lusso, da centellinare.

Non si pone quindi il problema di sostituire il parco auto con qualcos'altro, ma di rimpiazzarne una piccola parte (auto collettive, un'auto ogni nucleo familiare allargato di 10-20 persone) per quando non se ne puo' fare a meno. Tanto l'energia per farle andare come facciamo oggi non ci sara'.

Gianni

mauriziodaniello ha detto...

Nel link "ricaricano in quarto d'ora" leggiamo che è in vendita un SUV (mica roba leggera) tipo Pick-Up (furgone) che viaggia alla bellezza di 152Km/h per una gittata di 160Km con l'ausilio di batterie "NanoSafe" che NON sono batterie LiPo (già eccezionali) ma bensì più potenti ovvero nanotecnologiche : "Niente grafite nella batteria e quindi nessun pericolo di surriscaldamento ed esplosione (il rischio della precedente generazione), anche a flussi di ricarica massicci e veloci."

Questo è il punto !!! Si stanno sviluppando diversi tipi di batterie super-performanti .... Pertanto il discorso del Litio è inutile.

Ciao

mauriziodaniello ha detto...

Volete abbandonare ADESSO il litio del tutto ?

Batterie al magnesio :
http://www.integrati.com/content/extracell/extracell.html
"Sono un'invenzione degli italiani Maurizio Fauri (ingegnere) e Vito Di Noto (chimico), sviluppata nei laboratori dell'Università di Padova. Funzionano sullo stesso principio della batterie al litio, ma al posto del litio per condurre è stato utilizzato il magnesio. Ogni elettrodo è quindi in magnesio metallico separato dall'altro da uno strato di elettrolita polimerico ai sali di magnesio. Il risultato è una batteria con una capacità di accumulo doppia rispetto a quelle al litio (a parità di superficie e di tempo); inoltre il peso è 10 volte inferiore a queste. Altri pregi di queste batterie sono:
- costi di produzione molto bassi;
- funzionamento da -40° a +200° di temperatura;
- vita lunghissima (centinaia di cicli);
- tutti i materiali che la compongono non sono inquinanti al momento dello smaltimento."

altri link :
http://www.cellulari.it/index.php?option=com_content&task=view&id=100990&Itemid=49
http://www.riditt.it/page.asp?page=singletechnology_detail&IDObject=34&IDObjectType=46
http://punto-informatico.it/p.aspx?id=289292&r=PI

Ciao

Gianni Comoretto ha detto...

Le batteire Nanosafe sono batterie al litio, quello che cambia (nanomateriali) e' l'elettrodo negativo, in cui gli ioni litio si accumulano. Il vantaggio e' la velocita' di ricarica, la sicurezza, e l'assenza del deterioramento nel tempo (shelf life) delle batterie LiIon standard. La denista' di energia pero' e' un po' peggiore. Comportamenti simili (sicurezza, shelf life, numeor di cicli utili) li hanno le nuove batterie LiPo, che hanno tempi di ricarica peggiori (sotto l'ora) e densita' di potenza migliori. Sono quelle usante nel "cinquino elettrico".

Quindi rimane il problema della carenza sdi litio, elemento che non abbonda certo in natura. Ma per ora ce n'e'.

Sulle batterie al magnesio non ne so nulla, grazie dell'imbeccata. Non sono una tecnologia commerciale, ancora, ma se mantengono le promesse che citi daranno un bell'aiuto.

Gianni

Mauro ha detto...

Riguardo ad argomenti come l'infiammabilità dell'idrogeno, avevo ai tempi letto questo articolo; ritenete sia valido?

Ugo Bardi ha detto...

La questione dell'infiammabilità di un veicolo a idrogeno è un problema molto complesso che non si può risolvere con un paio di esperimenti. Non è sbagliato, probabilmente, che in caso di incendio i danni sarebbero minori che nel caso di un serbatoio di benzina. L'idrogeno da una grande fiammata verso l'alto che si esaurisce rapidamente. Però farebbe dei grossi danni lo stesso e si tratta di vedere quali precauzioni andrebbero prese per trattare con sicurezza un gas indubbiamente molto insidioso come l'idrogeno. Insomma, non è una cosa sulla quale basarsi per demolire il concetto di idrogeno come combustibile, ma nemmeno da sottovalutare.

Anonimo ha detto...

Dopo essermi informato sull'auto a idrogeno posso solo concludere che questa tecnologia è uno specchietto per allodole escogitato da furbi petrolieri per evitare che si diffondano veicoli a basso impatto ambientale e costi ridotti. Chiunque sa che qualsiasi auto a benzina può essere convertita facilmente all'alimentazione a gas, metano o gpl, riducendo i costi di gestione e abbattendo drasticamente i livelli inquinanti. Le nuove batterie nanosafe inoltre sono enormemente efficienti e per normali utenti hanno la stessa durata utile del veicolo. In conclusione, l'umanità è schiava dei suoi padroni petrolieri che decidono tutto. Le auto elettriche sono possibili ma non vengono prodotte. L'intero parco auto potrebbe essere convertito a gas, diesel compresi, ma questo manderebbe in rovina l'industria petrolifera. E' molto meglio far credere che le auto a gas sono pericolose.

Anonimo ha detto...

Vorrei fare una precisazione:
il costo elevato delle batterie al Litio è dovuto principalmente all'utilizzo del Sale di Cobalto come catodo della batteria.
Il Cobalto è un elemento estremamente tossico, pericoloso ed altrettanto raro, infatti i siti di estrazione si possono contare su una mano.
Il Litio invece, dato il suo peso specifico estremenete contenuto (0.5 Kg al dc), è molto diffuso sulla superficie terrestre ma si trova sempre legato ad altre sostanze a causa della sua proverbiale reattività elettrochimica che lo rende ideale per la costruzione delle batterie.
Attualmente la NEC stà studiando un nuovo tipo di batteria al Litio nella quale il Cobalto viene sostituito dal Manganese che è un elemento molto più diffuso sulla superficie terrestre, non inquina ed è di più facile da trattare e quindi consente la costruzione di batterie più semplici ed economiche.