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Il vettore idrogeno per una fonte di energia pulita

Informazioni tesi

  Autore: Barbara Patton
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2001-02
  Università: Università degli Studi di Trento
  Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
  Corso: Scienze e tecnologie fisiche
  Relatore: Antonio Miotello
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 99

In questa tesi verranno presentate le problematiche relative a tutti gli aspetti collegati all’utilizzo dell’idrogeno come vettore energetico evidenziando le necessarie conoscenze di base chimico-fisiche per la comprensione dei vari fenomeni. Verranno discussi i seguenti argomenti:

Capitolo 1: dopo una breve panoramica storica sulla scoperta delle celle a combustibile, vengono discusse le prospettive future come tecnologia per lo sfruttamento del vettore idrogeno come fonte pulita d’energia.
Capitolo 2: vengono descritti i principi di funzionamento delle celle a combustibile tipo PEM (Polymer Electrolyte Membrane) e fornita una panoramica sui vari tipi di celle presenti sul mercato.
Capitolo 3: questo capitolo descrive i processi chimico-fisici che regolano il funzionamento di una cella a combustibile, ponendo particolare attenzione agli aspetti elettrochimici e termodinamici del sistema.
Capitolo 4: in questo capitolo viene data una panoramica dei sistemi ad oggi conosciuti per produrre idrogeno: elettrolisi dell’acqua, reforming del metano, sintesi catalizzata di idruri metallici non rinnovabili.
Capitolo 5: vengono discussi i vari metodi per immagazzinare l’idrogeno: gas compresso in bombole, liquido criogenico, assorbimento in leghe metalliche per formare idruri reversibili. A questo capitolo è collegata l’appendice A in cui viene descritto l’assorbimento d’idrogeno da parte di particolari strutture di carbonio ed in microsfere di cristallo.
Capitolo 6: si presenta una breve descrizione di quattro tipi di sensori utilizzabili per la rivelazione selettiva del gas idrogeno.
Capitolo 7: si descrivono gli aspetti relativi alla gestione di impianti industriali che sfruttino l’idrogeno, fornendo un elenco di tutti i fattori di rischio associati all’utilizzo dell’idrogeno sia per quanto riguarda il personale che per quanto riguarda i materiali utilizzati.

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________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________ Pagina 1 INTRODUZIONE Considerata l importanza che, negli ultimi anni, sta acquistando il problema dell inquinamento, si rende indispensabile l utilizzo di vettori energetici a ridotto impatto ambientale, soprattutto in termini di emissione di gas ad effetto serra. L emissione di tali gas deriva dall utilizzo di carburanti fossili (metano e derivati del petrolio) la cui combustione ha come sottoprodotto principalmente il monossido ed il biossido di carbonio (CO, CO2) ma anche un certo numero di gas nocivi alla salute, quali il biossido di azoto (NO2): Ł di questi giorni la notizia che a causa degli alti livelli d inquinamento urbano misurati nelle principali citt italiane Ł stato sospeso il traffico e suggerito un utilizzo ridotto degli impianti di riscaldamento domestici. L impiego dell idrogeno, come vettore energetico, Ł una promettente soluzione a questi problemi. L idrogeno, in combinazione con l ossigeno d luogo a reazioni chimiche che portano alla produzione di energia termica (reazione di combustione diretta) oppure di energia elettrica (reazione elettrochimica): entrambi i processi hanno impatto ambientale nullo avendo come unici sottoprodotti della reazione acqua e calore. Sebbene l idrogeno sia l elemento chimico piø abbon dante sul nostro pianeta, data la sua estrema reattivit chimica, si trova combinato chimicamente per lo piø sotto forma di acqua H2O o di idrocarburi (CH4, C6H6). Il principale ostacolo da superare per arrivare ad un mondo alimentato ad idrogeno resta quindi la messa a punto di efficien ti processi per la sua estrazione come molecola H2. Esistono due metodi impiegabili su larga scala per la produzione d idrogeno H2: • Elettrolisi dell acqua. • Reforming di gas naturali (metano). L elettrolisi consente di scindere l acqua nelle su e componenti facendo scorrere una corrente nel liquido, mentre il processo di reforming consente di estrarre il gas da idrocarburi tramite opportune reazioni chimiche. Gli impianti commerciali di elettrolisi sono ottimizzati per la produzione d idrogeno ad alta purezza, sono altamente efficienti in termini di consumo energetico e presentano impatto ambientale nullo. I sistemi di reforming sono un prodotto tecnologico relativamente giovane le cui prestazioni vanno ottimizzate. L uso dei reformer risulterebbe di immediata realizzazione data la presenza sul territorio nazionale di impianti ed infrastrutture per la distribuzione commerciale del gas metano. Resta tuttavia il problema legato alla produzione di gas ad affetto serra. Il grosso vantaggio legato all utilizzo di questa tecnologia rispetto alla combustione diretta degli idrocarburi Ł che a parit di energia prodotta, il sistema di reforming del metano d luogo ad emissioni nocive ridotte di un terzo rispetto all uso tradizionale. L idrogeno prodotto con le tecnologie precedentemente indicate troverebbe un immediata utilizzo nelle celle a combustibile, sistemi in cui l idrogeno Ł impiegato come combustibile e l ossigeno come comburente per produrre energia elettrica e calore. Tali sistemi sono utilizzabili in una gamma d applicazioni potenzialmente vastissima: nel settore dei trasporti, per la produzione di energia in impianti domestici, computer portatili, impianti di potenza distribuita e centralizzata. Lo sviluppo di una tecnologia basata sull idrogeno richiede la soluzione di una serie di problematiche di sicurezza connesse al fatto che le miscele idrogeno-aria sono altamente esplosive.

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Parole chiave

cambiamenti climatici
celle a combustibile
energetiche
energia pulita
fonti d'energia
idrogeno
idrogeno clima
idrogeno energia
polymer electrolyte membrane

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