Produzione e distribuzione di idrogeno

Sebbene abbondante sulla terra come elemento, l’idrogeno si trova quasi sempre come parte di un altro composto, come l’acqua (H2O) o il metano (CH4), e deve essere separato in idrogeno puro (H2) per l’uso nei veicoli elettrici a celle Il combustibile a idrogeno si combina con l’ossigeno proveniente dall’aria attraverso una cella a combustibile, creando elettricità e acqua attraverso un processo elettrochimico.,

Produzione

L’idrogeno può essere prodotto da diverse risorse domestiche, tra cui combustibili fossili, biomassa ed elettrolisi dell’acqua con elettricità. L’impatto ambientale e l’efficienza energetica dell’idrogeno dipendono da come viene prodotto. Diversi progetti sono in corso per ridurre i costi associati alla produzione di idrogeno.

Esistono diversi modi per produrre idrogeno:

• Gas naturale Reforming / Gassificazione: il gas di sintesi, una miscela di idrogeno, monossido di carbonio e una piccola quantità di anidride carbonica, viene creato facendo reagire il gas naturale con vapore ad alta temperatura., Il monossido di carbonio viene fatto reagire con acqua per produrre idrogeno aggiuntivo. Questo metodo è il più economico, più efficiente e più comune. La riforma del gas naturale utilizzando il vapore rappresenta la maggior parte dell’idrogeno prodotto annualmente negli Stati Uniti.

  Un gas di sintesi può anche essere creato facendo reagire carbone o biomassa con vapore ad alta temperatura e ossigeno in un gassificatore pressurizzato, che viene convertito in componenti gassosi-un processo chiamato gassificazione. Il gas di sintesi risultante contiene idrogeno e monossido di carbonio, che viene fatto reagire con vapore per separare l’idrogeno.,

• Elettrolisi: una corrente elettrica divide l’acqua in idrogeno e ossigeno. Se l’elettricità è prodotta da fonti rinnovabili, come il solare o l’eolico, l’idrogeno risultante sarà considerato rinnovabile e ha numerosi benefici in termini di emissioni. I progetti Power-to-hydrogen stanno decollando, dove l’elettricità rinnovabile in eccesso, quando disponibile, viene utilizzata per produrre idrogeno attraverso l’elettrolisi.

• Reforming liquido rinnovabile: i combustibili liquidi rinnovabili, come l’etanolo, vengono fatti reagire con vapore ad alta temperatura per produrre idrogeno vicino al punto di utilizzo finale.,

• Fermentazione: la biomassa viene convertita in materie prime ricche di zucchero che possono essere fermentate per produrre idrogeno.

Un certo numero di metodi di produzione di idrogeno sono in sviluppo:

• Scissione dell’acqua ad alta temperatura: le alte temperature generate da concentratori solari o reattori nucleari guidano reazioni chimiche che dividono l’acqua per produrre idrogeno.

• Scissione fotobiologica dell’acqua: i microbi, come le alghe verdi, consumano acqua in presenza di luce solare, producendo idrogeno come sottoprodotto.,

• Scissione dell’acqua fotoelettrochimica: i sistemi fotoelettrochimici producono idrogeno dall’acqua utilizzando semiconduttori speciali ed energia dalla luce solare.

I principali stati produttori di idrogeno sono California, Louisiana e Texas. Oggi, quasi tutto l’idrogeno prodotto negli Stati Uniti viene utilizzato per la raffinazione del petrolio, il trattamento dei metalli, la produzione di fertilizzanti e la lavorazione degli alimenti.,

La sfida principale per la produzione di idrogeno è la riduzione dei costi delle tecnologie di produzione per rendere il costo dell’idrogeno risultante competitivo con i combustibili di trasporto convenzionali. I progetti di ricerca e sviluppo governativi e industriali stanno riducendo i costi e gli impatti ambientali delle tecnologie di produzione dell’idrogeno. Scopri di più sulla produzione di idrogeno dall’ufficio Tecnologie idrogeno e celle a combustibile.

Distribuzione

La maggior parte dell’idrogeno utilizzato negli Stati Uniti viene prodotto in corrispondenza o vicino a dove viene utilizzato, in genere in grandi siti industriali., L’infrastruttura necessaria per distribuire l’idrogeno alla rete nazionale di stazioni di rifornimento necessarie per l’uso diffuso di veicoli elettrici a celle a combustibile deve ancora essere sviluppata. Il lancio iniziale per veicoli e stazioni si concentra sulla costruzione di queste reti di distribuzione, principalmente nel sud e nel nord della California.

Attualmente, l’idrogeno è distribuito attraverso tre metodi:

• Pipeline: Questo modo meno costoso per fornire grandi volumi di idrogeno è limitato in quanto sono attualmente disponibili solo circa 1.600 miglia di condotte statunitensi per la consegna dell’idrogeno., Questi gasdotti si trovano vicino a grandi raffinerie di petrolio e impianti chimici in Illinois, California, e la costa del Golfo.

• Rimorchi per tubi ad alta pressione: il trasporto di gas idrogeno compresso da camion, vagone ferroviario, nave o chiatta in rimorchi per tubi ad alta pressione è costoso e utilizzato principalmente per distanze di 200 miglia o meno.

• Serbatoi di idrogeno liquefatto: la liquefazione criogenica è un processo che raffredda l’idrogeno ad una temperatura in cui diventa un liquido., Sebbene il processo di liquefazione sia costoso, consente all’idrogeno di essere trasportato in modo più efficiente (rispetto all’utilizzo di rimorchi per tubi ad alta pressione) su distanze più lunghe da camion, vagoni ferroviari, navi o chiatte. Se l’idrogeno liquefatto non viene utilizzato ad una velocità sufficientemente elevata nel punto di consumo, bolle (o evapora) dai suoi vasi di contenimento. Di conseguenza, i tassi di erogazione e consumo di idrogeno devono essere accuratamente abbinati.,

La creazione di un’infrastruttura per la distribuzione e la consegna dell’idrogeno a migliaia di future stazioni di rifornimento individuali presenta molte sfide. Poiché l’idrogeno contiene meno energia per unità di volume rispetto a tutti gli altri combustibili, il trasporto, lo stoccaggio e la consegna al punto di utilizzo finale è più costoso su base equivalente per gallone di benzina (per-GGE). La costruzione di una nuova rete di gasdotti a idrogeno comporta elevati costi iniziali di capitale e le proprietà dell’idrogeno presentano sfide uniche per i materiali delle condutture e la progettazione dei compressori., Tuttavia, poiché l’idrogeno può essere prodotto da un’ampia varietà di risorse, la produzione di idrogeno regionale o anche locale può massimizzare l’uso delle risorse locali e ridurre al minimo le sfide di distribuzione.

Ci sono compromessi tra produzione centralizzata e distribuita da considerare. Produrre idrogeno centralmente in grandi impianti riduce i costi di produzione ma aumenta i costi di distribuzione. Produrre idrogeno nel punto di utilizzo finale-ad esempio nelle stazioni di rifornimento—riduce i costi di distribuzione ma aumenta i costi di produzione a causa del costo per costruire capacità di produzione in loco.,

I progetti di ricerca e sviluppo governativi e industriali stanno superando gli ostacoli alla distribuzione efficiente dell’idrogeno. Scopri di più sulla distribuzione dell’idrogeno dall’ufficio Tecnologie idrogeno e celle a combustibile.