L'idrogeno può essere stoccato allo stato gassoso o liquido, nonché in forma chimicamente legata per lunghi periodi di tempo. La scelta dei serbatoi per l'idrogeno e di altri metodi di stoccaggio dipende dal tipo di applicazione (mobile o fissa), dalla stabilità dei materiali utilizzati, dalla quantità di idrogeno da stoccare e da aspetti legati alla sicurezza.
Stoccaggio dell'idrogeno: quali sono le proprietà?
A temperatura ambiente, l'idrogeno è gassoso, ed è l'elemento più leggero in natura e ha una densità di energia volumetrica molto bassa. Pertanto, agli innumerevoli vantaggi dei metodi di stoccaggio dell'idrogeno, convenzionali e alternativi, corrispondono altrettante sfide. Il tipo di stoccaggio ottimale dell'idrogeno dipende sempre dall'uso specifico.
Stoccaggio di idrogeno convenzionale
Per venire immagazzinato in un volume limitato, l’idrogeno gassoso deve essere altamente compresso. Ma l’idrogeno è molto difficile da contenere, può fuoriuscire dalle più piccole fessure. A pressione notevolmente ridotta, può essere conservato nella sua forma liquefatta, ma solo ad una temperatura di -253 °C, che richiede un raffreddamento costante.
CGH2 – Stoccaggio come gas compresso
L’idrogeno gassoso (CGH2: idrogeno gassoso compresso) viene compresso e immagazzinato in recipienti pressurizzati per idrogeno che devono essere in grado di resistere a pressioni molto elevate. Questo metodo di immagazzinamento è ideale per lo stoccaggio stazionario, ad esempio in applicazioni mobili per auto e veicoli commerciali. Lo stoccaggio del gas compresso a 700 bar è la soluzione ad oggi più avanzata.
LH2 – Stoccaggio come idrogeno liquido
L'idrogeno può anche essere immagazzinato allo stato liquido a una densità molto più elevata a -253 °C (LH2: idrogeno liquido). Poiché questo metodo di stoccaggio è più economico per grandi quantità di gas, viene utilizzato per il trasporto fuori rete su lunghe distanze, ad esempio il trasporto con autocisterne, chiatte cisterna o vagoni cisterna. Uno svantaggio è che l'idrogeno liquido può evaporare riscaldandosi (il cosiddetto boil-off) e quindi necessita di un raffreddamento costante.
Forme alternative di stoccaggio dell'idrogeno
Per utilizzare un modo alternativo per affrontare le sfide del mantenimento della pressione o della temperatura, vengono utilizzati i cosiddetti vettori di idrogeno che, in quanto forme di stoccaggio dell'idrogeno, utilizzano tecnologie basate sul legame fisico o chimico dell'idrogeno con un'altra sostanza.
Stoccaggio per assorbimento in idruri metallici
L'idrogeno può formare composti chimici con metalli o con leghe, i cosiddetti idruri metallici, che consentono lo stoccaggio allo stato solido: quando l'idrogeno entra in contatto con la superficie del materiale di stoccaggio, le molecole di idrogeno si scompongono in idrogeno atomico e penetrano nel materiale. Tuttavia, questo metodo ha lo svantaggio che il peso del materiale di accumulo è relativamente elevato rispetto all'idrogeno assorbito.
LOHC - Trasporto di idrogeno organico liquido
I Vettori di Idrogeno Organico Liquido (LOHC) immagazzinano l'idrogeno in un mezzo vettore liquido-organico. Durante questo processo, l'idrogeno viene convertito in un'altra sostanza mediante legame chimico, che consente lo stoccaggio senza pressione e il trasporto di grandi quantità anche a temperatura ambiente. Invertendo la reazione chimica, l'idrogeno viene rilasciato dal vettore.
Esempi di sistemi LOHC includono l'idrogenazione di sostanze organiche, la formazione di alcoli con monossido di carbonio, l'accoppiamento con oli o anche l'uso dell'ammoniaca come sostanza veicolante per l'idrogeno.
Risolvere le sfide dello stoccaggio dell'idrogeno
Che sia gassoso, liquido, stazionario, mobile o in un mezzo di trasporto solido, ogni metodo di stoccaggio dell'idrogeno ha una sua particolare modalità. L'applicazione specifica determina la tecnologia di stoccaggio da utilizzare, e di conseguenza vanno affrontate le seguenti sfide:
- Occorre tenere conto dell'efficienza complessiva della catena di conversione dell'energia (da energia elettrica - idrogeno - energia elettrica).
- Si deve tener conto dell'elevata infiammabilità o di un ampio intervallo di infiammabilità.
- L’immagazzinamento di grandi quantità è impegnativo a causa del grande volume di stoccaggio necessario, soprattutto nei veicoli.
- L'idrogeno può facilmente fuoriuscire attraverso le fessure.
- Il raffreddamento costante è necessario quando si immagazzina idrogeno liquido.
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