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La casa a idrogeno

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Energia pulita durante tutto l’anno in Valle Aurina nella casa “a idrogeno” Impressioni di un viaggio

Era necessario andare fino al punto geograficamente più alto d’Italia (come latitudine) per comprendere quale può essere la soluzione ai problemi dell’inquinamento e dei cambiamenti climatici. Insomma per trovare il santo graal di un futuro totalmente green per l’Umanità. Il che non risiede né negli uffici ministeriali di Roma, né nei convegni e neppure nelle aziende di domotica più avanzate d’Italia.

Questo era il pensiero prevalente durante la ridiscesa dalla Valle Aurina, dopo la visita alla “casa a idrogeno”, dai 1600 metri di Casere di Predoi, dove è stato possibile osservare tutti gli aspetti tecnici del frutto di un vero e proprio miracolo della Gkn Sinter Metals, una divisione della Gkn powder metallurgy (metallurgia delle polveri) con sede a Brunico – Alto Adige.

A questo giornale era capitato di visitare, qualche tempo fa, la stazione di produzione e di rifornimento di idrogeno realizzata nel 2014 da un pool pubblico-privato presso il casello autostradale di Bolzano sud per alimentare la prima flotta italiana di auto a idrogeno (10 Hyundai IX 35 con alcune nuovissime Nexo H2, oltre alla famosa Toyota Mirai idrogeno).

Ma in quel caso la sensazione era stata diversa. Dava l’impressione di una realizzazione in grande stile, gestita per i servizi alla città di Bolzano (sono 5 gli autobus a idrogeno che vi circolano), Sembrava quasi una “base spaziale inaccessibile” quindi “lontana” dall’uomo comune (sono comunque previste visite guidate per il pubblico in certi orari).

Invece la “casa a idrogeno” della signora Rosa Maria Weger e di suo marito Anton Griessmair ci ha lasciato la gradevole sensazione di entrare in un posto che potrebbe benissimo essere casa nostra. Anche se questo maso ristrutturato oggi in modo archettonicamente perfetto, con arredi molto accoglienti, risale per la sua struttura base addirittura al 1500. Fino al 19mo secolo è stato utilizzato dai minatori che estraevano il rame in zona.

Sorseggiare un the con la signora Rosa dentro la sua “casa a idrogeno” ci ha fatto un certo effetto, quasi familiare. Ma durante la visita agli impianti ci siamo presto resi conto di essere seduti dentro al “futuro del mondo”. La casa a idrogeno basa la sua energia su un torrente che scorre proprio nelle vicinanze. Una energia molto naturale, di tipo idroelettrico, quindi rinnovabile

Alla fine del 2019, in Italia si contavano 3.920 impianti idroelettrici, la maggior parte al nord, sulle Alpi. Ma i più piccoli (quelli fino a 1000 kW di potenza) sono i più numerosi: si tratta di 2.743 centraline che forniscono appena il 6% del totale da fonte idroelettrica che nel suo insieme rappresenta il 13% dell’intero fabbisogno energetico nazionale italiano. Si tratta di impianti organizzati come piccole o grandi centrali. Ma quanti sono in montagna, e non solo sulle Alpi, i torrenti liberi da impianti perché troppo piccoli ? Decine di migliaia, anche se la loro portata è discontinua nelle diverse stagioni o addirittura nell’arco del mese. E quanti di essi potrebbero conferire ulteriore energia, nel caso essa fosse accumulabile localmente in modo accettabile (sia economicamente che tecnicamente) ?

La risposta l’ha data la Gkn Sinter Metals con l’iniziativa ben concreta e dimostrativa della “casa a idrogeno”.

GKN è un gruppo mondiale, fondato nel 1.759, che oggi fattura oltre 10 miliardi con 59.000 dipendenti distribuiti in circa 150 sedi produttive in oltre 50 nazioni del mondo. Il gruppo è articolato su quattro divisioni operative multinazionali: Gkn Aerospace componenti per aerei (3,8 miliardi), Gkn Automotive componenti per veicoli (4,9 miliardi), Gkn Powder Metallurgy (metallurgia delle polveri) e Gkn wheels and structures, anche quest’ultima una multinazionale che produce ruote e telai per qualsiasi tipo di macchina industriale (carrelli elevatori, escavatori etc.)

Gkn Powder Metallurgy, l’azienda del gruppo Gkn che si occupa dei materiali e relative applicazioni, vanta 34 sedi nel mondo ed oltre 7.400 collaboratori. Gkn Sinter Metals, con sede a Brunico, è una delle aziende della Gkn Powder Metallurgy ed è leader nello sviluppo di prodotti e tecnologie per il settore automobilistico e dei processi di metallurgia delle polveri. Gli stabilimenti di Brunico forniscono una gamma di 2300 prodotti diversi ad oltre 700 aziende in 44 Paesi del mondo.

A Casere di Predoi in Val Aurina la Gkn Sinter Metals ha realizzato l’unica abitazione al mondo che immagazzina l’energia prodotta in surplus da un torrente presso la casa, e accumula l’idrogeno in una lega Ferro-Titanio, ottenuta mediante una tecnologia proprietaria, partendo dalle polveri di tali materiali.

Mondo Idrogeno ha visitato la casa a idrogeno che ci è stata illustrata dall’ing. Alessandro De Nicolò, Vice presidente della sezione Engineering della Gkn Sinter Metals. L’ing. De Nicolò, assieme all’ing. Martin Beikircher (ingegnere di progetto dei sistemi idrogeno della stessa azienda) è stato il nostro “cicerone tecnologico”.

La casa a idrogeno a Casere di Predoi – Val Aurina

Il sistema che la Gkn Sinter Metals ha realizzato ed ha denominato “Hy2green” funziona così (vedi anche il filmato sopra ndr): nella zona “impianti” della casa, ricavata in una struttura ad essa adiacente, è presente una piccola turbina Pelton (quelle con le pale del rotore a cucchiaio) disposta però con l’asse verticale per ridurre gli ingombri. La turbina genera corrente elettrica perché è mossa dall’acqua che scende da un ruscello dietro la casa ed aziona un generatore di corrente elettrica. La corrente viene generata di continuo, ma d’inverno (qui l’inverno è lungo e rigido) la portata del torrente e quindi la generazione di energia elettrica, è ovviamente più ridotta.

Il sistema consente allora di accumulare e conservare l’energia come facevano i nostri nonni che raccoglievano d’estate la legna per l’inverno. Vediamo in che modo. La corrente elettrica prodotta dalla turbina, unita ad una certa quantità di acqua del torrente (che viene opportunamente demineralizzata e filtrata), entra in un piccolo elettrolizzatore che scinde la molecola dell’acqua (H20) in idrogeno ed ossigeno. L’elettrolizzatore è quel famoso sistema che tutti abbiamo studiato in chimica alle scuole medie. Fin qui tutto è normale. Ma è dopo l’elettrolisi che Gkn Sinter Metals diventa protagonista con la sua tecnologia. Di norma l’idrogeno prodotto da elettrolisi viene accumulato e mantenuto in bombole dopo una compressione (con spesa di energia). Oppure l’energia elettrica prodotta dalla turbina potrebbe essere accumulata direttamente nelle batterie domestiche. Ma le batterie sono economicamente accettabili solo da 3 kWh fino a 14 kWh (l’energia elettrica necessaria per una casa singola è di circa 11 kWh al giorno). Il costo delle batterie più performanti oggi è di circa 600 € per kWh accumulato. Quindi per 14 kWh si parla di un pacco batterie circa 10.000 €, sistemi di controllo elettronico delle batterie compresi.

Però i costi delle batterie aumentano enormemente se si pensa ad un sistema di batterie per coprire l’intera stagione invernale durante la quale una casa consuma circa 1.300 kWh (un terzo del suo consumo medio annuale). Un pacco di batterie per accumulare questa quantità di KWh costerebbe non meno di 500.000 €.

Gkn Sinter Metals ha progettato e brevettato un materiale speciale che adsorbe (non assorbe, attenzione !) l’idrogeno direttamente nella propria struttura intima. Significa che l’atomo di idrogeno va ad occupare gli interstizi del reticolo cristallino che è la struttura microscopica più intima, di cui è costituito il materiale.

Abbiamo preso in mano un pezzo di questo materiale, soppesandolo. Incredibile, ci aspettavamo un peso “da ferro”, quindi notevole. Invece la Gkn Sinter Metals ha “giocato” sapientemente con i materiali (sono esperti mondiali) e il pezzo è di fatto molto leggero. Cosa significa ? Che si può utilizzare un quantitativo anche molto grande di questo materiale con un peso totale accettabile per la “zona impianti” di una casa.

E il volume ? Anche qui la GKN ha vinto la partita. Contro chi ? L’”antagonista” per loro è la bombola di idrogeno compresso. Ebbene le strutture solide della GKN contengono 10 volte la quantità di idrogeno rispetto ad una bombola a pressione dello stesso volume geometrico (quindi di ingombro). Potenza dell’infinitamente piccolo. Per gli atomi di idrogeno, gli spazi interstiziali di un reticolo cristallino sono infatti spazi immensi. In tali spazi gli atomi di idrogeno stanno enormemente più vicini fa loro rispetto a quanto avviene dentro ad una bombola di idrogeno (dove la pressione li mantiene stretti-stretti, ma solo un po’).

Mentre ing. De Nicolò ci spiegava le caratteristiche di questo loro materiale e quindi il miracolo dell’”infinitamente piccolo”, ci è venuto da pensare che un virus cinese, anch’esso estremamente piccolo, ha messo in ginocchio nel giro di qualche mese, la salute e gli equilibri dell’intera Umanità e praticamente tutte le attività economiche. Forse è proprio il mondo del piccolo, magari fino al “nanometro”, che può avere un’enorme potenzialità nel futuro dell’energia? Dopo circa 20 anni di studi sull’idrogeno che abbiamo seguito nel Mondo, forse la Gkn Sinter Metals è l’unica ad avere capito tutto.

E in quanto alla sicurezza? E per la velocità di ricarica ? E i costi ? E la gestione termodinamica del calore ?

Sono le domande che vengono spontanee a qualsiasi ingegnere. L’ing. De Nicolò ha risposto fornendo ottimi dati ed ha soddisfatto esaustivamente ogni domanda. Anche ad alcune altre che non gli abbiamo rivolto, per non apparire troppo curiosi. E tutto è perfettamente ok: la Gkn Sinter Metals ha pensato a tutto.

Alcune eventuali domande è più corretto rivolgerle a loro. Qui sotto trovate un form mediante il quale chi è veramente interessato a realizzare una casa o un condomino a idrogeno, può farle attraverso il nostro giornale.

Ecco però le risposte a qualche nostra domanda.

  1. Pressione a cui l’idrogeno rimane stoccato nel sistema a idruri metallici Ferro-Titanio della Gkn ? – Valore zero, massima sicurezza-.
  2. Pressione per “inserirlo” in tale materiale ? -30 bar- Un valore basso che viene assicurato già dall’elettrolizzatore (quindi senza compressore) in mandata diretta dentro l’accumulo GKN mediante condotti controllati e sicuri.
  3. Calore in gioco ? – Il Ferro-Titanio per l’accumulo si scalda leggermente nella fase di carica dell’idrogeno perchè la reazione chimica è esotermica (produce di calore)-. E qui un’altra “acrobazia energetica” della Gkn Sinter Metals: il calore prodotto in questa fase viene utilizzato anch’esso per scaldare la casa.

OK, grazie all’impianto abbiamo quindi circa 8 kg di idrogeno accumulato nel sistema Gkn Sinter Metals che può fornire autonomia alla casa per un intero inverno. Ma come lo utilizziamo questo idrogeno?

Qui entrano in ballo le ormai famosissime fuel cells: pile che funzionano alimentate da combustibile (nel caso specifico idrogeno): in italiano “celle a combustibile”. L’idrogeno entra quindi nel sistema a fuel cells e produce elettricità e calore con un rendimento globale del 70% (55% energia elettrica e 15% calore). Un piccolo convertitore trasforma la corrente da continua in alternata e voilà. Il gioco è fatto. La casa può rimanere in perfetta autonomia ed in perfetta sicurezza per tre mesi circa grazie all’accumulo idrogeno “Hy2green” della Gkn Sinter Metals.

Rientrando verso sud, verso l’Italia industriale e residenziale, nel pieno del sole estivo (ma si era alzato anche del vento), pensavamo a quanta energia libera e disponibile esiste in natura. Ma il problema è la discontinuità: non sempre c’è il sole, non sempre c’è il vento.

Prima dell’era del petrolio, per secoli, questa energia è stata accumulata indirettamente nel legno (le piante crescono proprio grazie all’acqua, al sole e al vento). Da 150 anni abbiamo sposato il petrolio, che inquina l’aria e ovviamente un giorno finirà là, sotto i deserti del Medio oriente o sotto il fondo di alcuni mari.

Il problema non è che manchi l’energia pulita sul Pianeta, l’energia c’è ed in abbondanza. Da venti anni abbiamo cominciato a trasformare massivamente in elettrico anche quella dal sole e dal vento. Il problema è che non la sappiamo ancora accumulare in grande quantità. La Gkn Sinter Metals ci indica la strada. Ed è la strada della produzione locale di idrogeno da rinnovabili e del suo accumulo in assoluta sicurezza.

La strada che potrebbe fare dell’Italia “l’Arabia saudita dell’idrogeno”.

Mondo idrogeno Riproduzione riservata

P.S.
Mentre guidavamo in discesa nelle curve e controcurve della bellissima Valle Aurina in direzione Brunico, pensavamo anche al mondo dell’automobile. La riflessione: “.. Bravissimi questi ingegneri della Gkn Sinter Metals. Ma non si potrebbe costruire anche il telaio stesso della automobile, tutto in ferro-titanio (oppure con un materiale simile, magari strutturalmente più adatto e facilmente ricaricabile)? In modo da utilizzare l’intera struttura portante dell’auto (e magari qualche altra struttura in aggiunta, opportunamente sagomata) come accumulo di idrogeno integrato nell’auto”.

La Ferrari nel 1964, con la 158 F1, per vincere il mondiale con John Surtees, aveva realizzato la prima monoposto di F1 a “motore portante con funzione strutturale” (a sostegno del telaio-scocca). Per le auto di serie del prossimo futuro non si potrebbe pensare ad un “telaio portante – esso stesso serbatoio di idrogeno” ? Forse si potrebbe vincere la gara della autonomia che oggi si è aperta fra le auto “full-electric” e quelle “elettrico-idrogeno”. Ed in assoluta in sicurezza dal punto di vista della pressione..

Con 1 kg di idrogeno oggi un’auto a idrogeno fuel cells percorre 120 km in ciclo misto. Le Toyota e le Hyundai a idrogeno hanno a bordo serbatoi con 5 kg idrogeno alla pressione di 700 bar per una autonomia di circa 600 km. Le migliori elettriche, per esempio le Tesla, hanno invece il pianale pieno di batterie agli ioni di litio e raggiungono a fatica i 350 km di autonomia alle velocità medie usuali. In un “telaio automotive integrato”, realizzato magari da Gkn ci potrebbero stare 8 kg di idrogeno. Sarebbero circa 1000 km di autonomia

…E chissà che la GKN, con la sua enorme struttura aziendale, che fra l’altro comprende una sezione “powertrain elettrica” ed è leader anche nei componenti automotive (oltre che nei materiali innovativi) non stia già seriamente pensando anche a questo…

SOLO PER CHI HA UN INTERESSE CONCRETO A REALIZZARE UNA UNITA’ EDILIZIA A IDROGENO