Trasporto e stoccaggio dell'idrogeno

I combustibili fossili alimentano la maggior parte delle infrastrutture odierne ma, quando bruciati, generano sostanze inquinanti e in particolare anidride carbonica. Si tratta di un gas serra (GHG), ritenuto corresponsabile del riscaldamento globale e del cambiamento climatico.

La combustione dell'idrogeno produce invece solo innocuo vapore acqueo e un po' di monossido di azoto (NOx), senza emettere anidride carbonica o altri inquinanti come l'anidride solforosa (SOx). Inoltre, l'idrogeno è compatibile con molte turbine a gas naturale già esistenti che utilizzano motori a combustione interna e che possono funzionare con idrogeno, gas naturale o una miscela di questi due elementi. Se manipolato in modo improprio, tuttavia, l'idrogeno è una sostanza pericolosa.

In primo luogo, le sue molecole sono più piccole di quelle di qualsiasi altro elemento e, di conseguenza, le possibili perdite da serbatoi e condotte rappresentano una seria preoccupazione perché comportano il rischio di incendio ed esplosione. Occorre quindi prestare particolare attenzione ai materiali e alle tecniche che si utilizzano per sigillare questi sistemi come, ad esempio, raccordi, guarnizioni, valvole e altri dispositivi di tenuta. Per rilevare eventi anomali, come la perdita di contenimento, devono poi essere previsti dispositivi di monitoraggio ambientale (rilevatori di fiamma e rilevatori di gas combustibili) o dispositivi in ​​linea (trasmettitori di pressione e temperatura). Dato che l'idrogeno è diatomico, le tecnologie più recenti come, ad esempio, i rilevatori di gas a infrarossi spesso utilizzati nelle applicazioni con gas naturale, non possono essere utilizzate per il rilevamento dell'idrogeno gassoso.

Le perdite sono dovute principalmente all'infragilimento dell'acciaio e di altri metalli quando assorbono atomi di idrogeno. Questi atomi possono ricombinarsi fino a diventare molecole di idrogeno che, diffondendosi nel metallo, formano bolle che indeboliscono il materiale e generano fessurazioni, anche a temperatura ambiente. È quindi fondamentale contenere questi problemi specificando i materiali appropriati in base all'applicazione.

Lo stoccaggio sicuro dell'idrogeno è un fattore chiave per il progresso delle tecnologie dell'idrogeno e delle celle a combustibile.

L'idrogeno può essere immagazzinato fisicamente come gas compresso o liquido criogenico. L'idrogeno gassoso compresso viene generalmente stoccato in serbatoi a 350-700 bar (5,000-10,000 psi). L'idrogeno completamente liquido può essere immagazzinato a circa -253 °C (-423 °F), mentre l'idrogeno criocompresso può essere immagazzinato a circa -233 °C ¹ (-387 °F). ² Lo stoccaggio in forma gassosa richiede meno attrezzature ed è notevolmente più economico ma lo stoccaggio in forma liquida ha i suoi vantaggi, soprattutto per una densità di accumulo di energia molto più elevata

L'idrogeno liquido è stato a lungo utilizzato come carburante per i razzi nei lanci spaziali. Nello spazio è stato immagazzinato come gas compresso o liquido criogenico in bombole, tubi e serbatoi sferici. In forma gassosa, l'idrogeno è solitamente immagazzinato in bombole. Per immagazzinare l'idrogeno liquido, sono invece preferibili i serbatoi sferici che riducono al minimo la superficie responsabile del trasferimento di calore dall'ambiente.

L'idrogeno può essere immagazzinato anche associandolo a materiali che lo trattengono in superficie (adsorbimento) o al loro interno (assorbimento). Queste procedure vengono sviluppate per soddisfare i requisiti di densità del carburante e aumentare la sicurezza del processo poiché riducono le potenziali perdite e il rischio di combustione incontrollata.

misure di sicurezza per i sistemi di stoccaggio dell'idrogeno:

• Prevedere l'area di stoccaggio in un luogo esterno ben ventilato, in cui sia vietato fumare e lontano da strutture, veicoli, fonti di calore, scintille e fiamme libere
• Evitare sempre di trascinare, far rotolare, far scorrere o far cadere i contenitori di stoccaggio
• Per la manipolazione dell'idrogeno, utilizzare esclusivamente utensili antiscintilla e attrezzature antideflagranti
• Collegare a terra tutte le apparecchiature e le tubazioni
• Controllare regolarmente che i sistemi a idrogeno non presentino perdite utilizzando acqua saponata e mai con una fiamma

Il caricamento dell'idrogeno ad alta densità nei mezzi di trasporto presenta diverse e importante sfide. La densità energetica dell'idrogeno è molto inferiore a quella della benzina e quindi, per immagazzinare la stessa quantità di energia, sono necessari serbatoi più grandi. In generale, i serbatoi di idrogeno per i veicoli sono più grandi di quelli per il gas naturale e in grado di resistere a pressioni più elevate.

Questi maggiori requisiti di spazio riducono però i volumi dedicati al trasporto di persone e cose, e il peso supplementare incide negativamente sulla distanza che il veicolo può percorrere con una determinata quantità di energia. Anche le celle a idrogeno occupano più spazio dei motori a combustione, aggiungono peso e rappresentano un'altra potenziale fonte di perdite.

Nonostante la disponibilità di auto e camion alimentati a idrogeno, il numero di stazioni per il rifornimento di idrogeno è limitato. E ciò rappresenta un problema per la maggior parte delle persone, soprattutto per chi ne ha bisogno quotidianamente. Tuttavia, considerato il continuo sviluppo delle infrastrutture per l’idrogeno, in futuro questa realtà potrebbe cambiare.

Se questi sono gli svantaggi, va anche detto che auto e camion a lungo raggio alimentati a idrogeno presentano notevoli vantaggi rispetto ai veicoli elettrici. Prima di tutto, possono essere riforniti in pochi minuti anziché in ore e l'energia immagazzinata non si degrada nel tempo. La densità di accumulo dell'energia è molto più elevata rispetto alle batterie (superiore di oltre 100 volte) e le celle a combustibile sono quindi molto più leggere e compatte delle batterie. Infine, i materiali necessari a produrre le moderne batterie, in particolare quelle al litio, scarseggiano mentre i materiali utilizzati per produrre le celle a idrogeno sono abbondanti. ³

Quando viene prodotto, l'idrogeno gassoso può essere consumato localmente, compresso e trasportato in condotte verso serbatoi di stoccaggio nelle vicinanze, compresso e inserito in bombole per il trasporto o liquefatto, per una maggiore densità di stoccaggio o per il trasporto a lungo raggio. Il trasporto dell'idrogeno avviene generalmente tramite condotte o su camion, vagoni ferroviari o navi. Le condotte vengono spesso utilizzate tra gli impianti di produzione e i consumatori nelle vicinanze oppure su aree geografiche più ampie quando è prevista una domanda stabile a lungo termine.

Quando si tratta di brevi distanze, la modalità più comune è il trasporto su camion, all'interno di bombole ad alta pressione impilate su un rimorchio tubolare o in cisterne di idrogeno liquido a temperature criogeniche. I vagoni ferroviari vengono utilizzati per trasportare l'idrogeno liquido su medie distanze, mentre le navi trasportano i carichi più pesanti a lungo raggio.

La ricerca continua nel tentativo di sviluppare sistemi di stoccaggio dell'idrogeno compatti e sostenibili, sicuri sia sui veicoli che nelle installazioni fisse. Accanto ai sistemi di produzione sostenibile, anche i progressi nelle modalità di trasporto e stoccaggio contribuiranno a rendere possibile l'economia dell'idrogeno.

Le aziende industriali si stanno impegnando a ridurre le emissioni di carbonio implementando l'idrogeno e altri combustibili alternativi nelle loro infrastrutture ma, per garantire la sicurezza delle operazioni di progettazione, installazione, uso e manutenzione di questi sistemi, è di fondamentale importanza una formazione adeguata.