Le energie rinnovabili (sole, vento e acqua) potrebbero fornire al pianeta più energia elettrica di quanto necessario. Ma questa energia verde non è sempre disponibile quando ne abbiamo bisogno. Per risolvere questo problema è necessario conservarla come idrogeno. L’idrogeno infatti è un vettore di energia elettrica e può alimentare le fuel cells (generatori elettrici a pile alimentate da idrogeno) e/o fornire calore mediante sistemi termici, È qui entra in gioco la GKN Hydrogen con una forma di stoccaggio dell’idrogeno verde altamente innovativa che offre una soluzione brevettata completamente affidabile che accumula grandi quantità di idrogeno a pressione zero occupando volumi molto inferiori a quelli delle classiche e pericolose bombole di idrogeno gassoso.
L’idrogeno, che deve essere puro per non danneggiare il materiale di accumulo, viene ad-sorbito nel reticolo cristallino di una lega speciale Fe-Ti che reagisce chimicamente in maniera reversibile. Significa che le molecole dell’idrogeno vengono prima immagazzinate nel materiale formando idruri metallici e successivamente possono essere liberate quando necessario. Gli idruri metallici durano per decenni e non hanno alcuna perdita di idrogeno. Oggi sono il modo più affidabile e sicuro per immagazzinare l’idrogeno. Quando, dopo l’accumulo, abbiamo bisogno di energia, l’idrogeno verde viene rilasciato dallo stoccaggio con un leggero riscaldamento e può essere riconvertito in elettricità e/o calore. Anche lo stesso calore che viene generato durante la reazione di ad-sorbimento (che è una reazione esotermica, cioè produce calore) può essere utilizzato, incrementando notevolmente l’efficienza dell’intero sistema.
GKN Hydrogen quindi assicura la fornitura sicura di energia da idrogeno verde ai settori residenziale, industriale e dei trasporti. Le possibilità di applicazione sono infinite: micro-reti, sistemi di alimentazione di emergenza, impianti di conversione dell’energia, stazioni di rifornimento di idrogeno etc.. Ovviamente le auto a idrogeno non possono avere a bordo questo tipo di accumulo (che richiede un certo tempo per attivare lo stoccaggio e il rilascio). Invece per le stazioni di rifornimento di idrogeno prodotto da rinnovabili (verde) lo storage GKN a idruri metallici costituisce una risorsa fondamentale per accumulare e conservare l’idrogeno in assoluta sicurezza.
La casa a idrogeno della Val Aurina della GKN Hydrogen. Un esempio per l’edilizia residenziale
Era necessario andare fino al punto geograficamente più alto d’Italia (come latitudine) per comprendere quale può essere una soluzione per le applicazioni residenziali delle tecnologie di accumulo (storage) dell’idrogeno GKN Hydrogen.
La “casa a idrogeno” della signora Rosa Maria Weger e di suo marito Anton Griessmair, a Casere di Predoi, è il frutto di un vero e proprio miracolo della Gkn HYdrogen con sede a Falzes (BZ) in Alto Adige. Questo maso ristrutturato oggi in modo architettonicamente 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. Durante la visita agli impianti ci si rende presto conto di essere dentro il “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. In Italia si contano 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 il 6% del totale da fonte idroelettrica che nel suo insieme rappresenta in Italia il 13% dell’intero fabbisogno energetico nazionale. 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 varia nelle diverse stagioni o addirittura nell’arco del mese per la neve e le condizioni idrodinamiche. E quanti di questi torrenti potrebbero conferire ulteriore energia, nel caso essa fosse accumulabile localmente in modo accettabile (sia economicamente che tecnicamente) ?
La risposta l’ha data la Gkn Hydrogen con l’iniziativa concreta della “casa a idrogeno”. A Casere di Predoi in Val Aurina 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.Il sistema che la Gkn ha denominato “Hy2green” funziona così: 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 GKN Hydrogen consente allora di accumulare e conservare l’energia come facevano i nostri nonni che raccoglievano d’estate la legna per l’inverno.
Vediamo come. La corrente elettrica prodotta dalla turbina, sfruttando una certa quantità di acqua del torrente (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 Hydrogen diventa protagonista con la sua tecnologia speciale di accumulo. Di norma l’idrogeno prodotto da elettrolisi sarebbe accumulato e mantenuto in bombole dopo una compressione a circa 200 bar (pericolose e con spesa di energia).
Invece Gkn Hydrogen ha progettato e brevettato un materiale speciale che ad-sorbe (non assorbe, attenzione !) l’idrogeno direttamente nella propria struttura. 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 Hydrogen 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 non solo per la “zona impianti” di una casa ma anche per applicazioni industriali.
E il volume occupato ? Anche qui la GKN ha vinto la partita. Contro chi ?
L’”antagonista” di GKN 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). Non c’è partita: vince la GKN. 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 abbastanza stretti, ma solo un po’).
E in quanto alla sicurezza? E per la velocità di ricarica ? E i costi ? E la gestione termodinamica del calore ?
Pressione a cui l’idrogeno rimane stoccato nel sistema a idruri metallici Ferro-Titanio della Gkn ? – Valore zero, massima sicurezza.
Pressione per “inserirlo” in tale materiale ? Un valore basso che viene assicurato già dall’elettrolizzatore (quindi anche senza compressore, pur consigliato per la massima % di stoccaggio) in mandata diretta dentro l’accumulo GKN mediante condotti controllati e sicuri.
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: il calore prodotto in questa fase viene utilizzato anch’esso per l’intero ciclo e la casa.
Come utilizziamo questo idrogeno accumulato così bene ?
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 mesi circa grazie all’accumulo idrogeno “Hy2green” della Gkn.
Prima dell’era del petrolio, per secoli, l’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, dal vento e dall’acqua. Il problema è che non la sappiamo ancora accumulare in grande quantità. La Gkn 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”.
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Fonte: Press GKN Hydrogren
