Sistemi a idrogeno da energie rinnovabili. Il vettore ideale per l’accumulo di energia da molteplici fonti.

Fotovoltaico ieri Incentivi. Il fotovoltaico in Italia è nato con la prospettiva di produrre energia dai pannelli fotovoltaici e ricavando incentivi dell’ordine di 350 euro per MWh. L’investimento consisteva nell’acquisto dei pannelli e nella messa a disposizione della superficie adatta. L’energia prodotta veniva incentivata dal GSE. Dopo il 31 dicembre 2010 gli incentivi sono andati scemando poco a poco fino ad oggi che non vengono più concessi. Ad oggi, si usano i pannelli FV solo per lo scambio sul posto. Ovvero, l’energia prodotta viene in parte usata dal produttore in parte immessa in rete. L’energia immessa in rete di giorno può essere consumata poi la notte. Durante l’anno solare la produzione/consumo di energia elettrica dovrà risultare in bilancio.

Fotovoltaico oggi Con la tecnologia di scala e la commercializzazione di massa, oltre all’ammortamento degli investimenti fatti dalle aziende prodruttrici i pannelli F.V. hanno raggiunto un prezzo appetibile. Rimane, però il problema che durante situazioni avverse di luce e di notte l’impianto non produce energia. L’accumulo di energia ha un costo ragguardevole e le batterie vita limitata. Quindi, il sistema di accumulo chimico deve essere diverso dagli accumulatori. La tecnologia si è evoluta non solo nella produzione di pannelli F.V. ma anche nel settore della produzione di idrogeno da elettrolisi. (Dissociazione elettrolitica dell’acqua). Un sistema pulito ed ecologico per la produzione di idrogeno (gas simile al metano) dalla semplice acqua.

Accumulo energetico. La burocrazia necessaria per installare una serie di pannelli FV con contratto di scambio sul posto con il GSE è costosa. Richiede quadri di connessione in rete e/o inverter costosi sensibili ai disturbi di rete e complicati da gestire. Quindi, una soluzione è nata. Quella di accumulare energia elettrica localmente off-grid usando i pannelli F.V. per ricaricare batterie di giorno ed impiegarle per alimentare le utenze di notte. La capacità energetica dei pannelli F.V. deve essere tale da riuscire ad alimentare i carichi di giorno e ricaricare le batterie per la notte. I problemi nascono quando le batterie soggette a cicli di carica e scarica intensi si rovinano prematuramente. Sia al piombo/acido che al litio queste o sono particolarmente sovradimensionate o sono destinate ad una vita breve.

Convenienza pannelli F.V. Con la tecnologia di scala e la commercializzazione di massa, oltre all’ammortamento degli investimenti fatti dalle aziende prodruttrici i pannelli F.V. hanno raggiunto un prezzo appetibile. Rimane, però il problema che durante situazioni avverse di luce e di notte l’impianto non produce energia. L’accumulo di energia ha un costo ragguardevole e le batterie vita limitata. Quindi, il sistema di accumulo chimico deve essere diverso dagli accumulatori. La tecnologia si è evoluta non solo nella produzione di pannelli F.V. ma anche nel settore della produzione di idrogeno da elettrolisi. (Dissociazione elettrolitica dell’acqua). Un sistema pulito ed ecologico per la produzione di idrogeno (gas simile al metano) dalla semplice acqua.

Produzione di idrogeno. Tramite l’elettrolisi si può convertire convenientemente l’energia elettrica di qualunque sorgente in idrogeno, un gas con alto PCI, con una buona efficienza, intorno al 85/90%. Grazie alle nuove celle di dissociazione a membrana PEM il costo di produzione dell’idrogeno da elettrolisi è diventato sempre più conveniente. Quindi, accumulare energia da qualunque fonte rinnovabile variabile, quale F.V. o eolico o di altro genere è diventato conveniente. Altri aspetti della convenienza di avere idrogeno piuttosto che delle batterie cariche di energia elettrica è il peso, l’idrogeno pesa solo 1kg per circa 40kWh. Inoltre, l’energia fornibile dalle batterie è limitata alla portata stessa dei conduttori, del circuito di controllo e dalle possibilità del pacco batterie stesso. L’idrogeno, una volta ottenuto ed accumulato può alimentare anche un motore a scoppio di potenza tipica, 500kW o anche oltre 1MW senza problemi.

Celle a combustibile. L’inverso delle celle elettrolitiche sono le celle a combustibile. Queste, se alimentate ad idrogeno restituiscono l’energia elettrica con un buon rendimento. Finchè si ha idrogeno per alimentarle, le celle a combustibile producono energia elettrica ed acqua. Non inquinano ed hanno un’efficienza di circa il 50% (PEM). Quindi, non importa con quale processo è stato ottenuto l’idrogeno se con i pannelli FV, se con impianti eolici, se con gassificatori di biomassa o con generatori di biogas, le celle a combustibile garantiscono energia elettrica costante, di notte e senza vento.

Uso diretto dell’idrogeno. Ovviamente l’idrogeno è un combustibile. Un combustibile multi uso. Si può usare l’idrogeno direttamente per produrre fiamma, p.es. in un cannello ossidrico per saldare metalli conduttori termici o per tagliare il ferro. L’idrogeno può alimentare motori a combustione interna con delle semplici modifiche. L’idrogeno può essere convertito in metano. L’idrogeno può alimentare caldaie adattate allo scopo. L’idrogeno non inquina. Il prodotto di combustione tra aria e idrogeno è solo acqua. Acqua distillata in forma di vapore. Una volta “metanizato” l’idrogeno si comporta esattamente come il gas naturale. Ma senza apporto esterno di carbonio, quindi, un gas che non produce CO2 perchè il carbonio aggiunto viene proprio dall’impiego di CO2 già esistente.

Mix di impieghi incredibile. Sembra incredibile, ma si può produrre idrogeno tramite energia elettrica proveniente sia dai pannelli FV, sia contemporaneamente da generatori eolici, sia da altre fonti rinnovabili. Il gas prodotto può quindi essere miscelato senza problemi e conferito in un unico contenitore dal quale può veniere prelevato. Una volta ottenuto l’idrogeno e stoccato, questo può essere contemporaneamente impiegato per alimentare un motore a combustione interna per ottenere energia meccanica, una cella a combustione per ottenere energia elettrica, un sistema di riscaldamento o raffreddamento termico, una fiamma ossidrica per taglio di metalli o saldatura. Tutte queste cose contemporaneamente finchè il gas è disponibile. Ma anche, durante l’impiego può essere contemporaneamente prodotto senza interferire.

Alcuni numeri... Potere calorifico (inferiore) dell'Idrogeno 120 MJ/kg. 1kg di idrogeno, quando totalmente ossidato (bruciato) produce 33.333 kWh. Oppure: occorrono 33.333kWh per produrre 1kg di idrogeno da elettrolisi. Un kg di idrogeno liquido può essere gassificato a pressione e temperatura standard (ambiente) fino ad ottenere 11.126 m3 con un PCI di 10.8MJ/Nm3. Ovvero con 10.8MJ o 3kWh si produce 1m3 di idrogeno in forma di gas. Il prezzo attuale negli USA è di 10-16 USD per kg di idrogeno alla pompa. L'idrogeno si ottiene dall'elettrolisi dell'acqua con un rendimento di circa il 70-90% Il rendimento del idrogeno in una cella a combustibile è del 40-60% Il gas prodotto contiene circa il 18-22% di idrogeno, il 18-20% di CO ed il 2-4% di CH4. Dal metano (CH4) si ottiene idrogeno tramite reforming L'idrogeno si può contenere in appositi contenitori a medio/bassa pressione tramite l'uso di idrdato di magnesio a una pressione di 1MPa. Oppure in contenitori di tipo diverso I,II,III IV e V con un minimo di 17.5 MPa fino a 70 MPa. (1 bar o kg/cm2 = 0.1 Mpa).