Negli ultimi anni, la ricerca di soluzioni sostenibili per l’energia ha guadagnato un’importanza crescente, ed ovviamente tra le varie tecnologie emergenti, l’idrogeno si è distinto come un promettente vettore energetico grazie alla sua capacità di immagazzinare e rilasciare energia senza produrre emissioni di carbonio.
Detto ciò, una delle principali sfide legate all’uso di questa tecnologia è proprio lo stoccaggio dell’idrogeno, ovvero una sua conservazione sicura ed efficiente. In questo contesto, i ricercatori dell’ETH di Zurigo hanno sviluppato una tecnologia innovativa che utilizza il ferro come mezzo di stoccaggio dell’idrogeno in modo economico –ma sicuro–.
Lo stoccaggio dell’idrogeno è tradizionalmente costoso e inefficiente, questo in quanto l’idrogeno è altamente infiammabile, estremamente volatile e può rendere fragili molti materiali, ecco perché per immagazzinarlo dall’estate all’inverno, sono necessari contenitori pressurizzati speciali e tecnologie di raffreddamento, che richiedono molta energia e comportano elevati costi di sicurezza.
Oltre a quanto precedentemente detto, i serbatoi di idrogeno non sono mai completamente a tenuta, il che può danneggiare l’ambiente e aumentare ulteriormente i costi.
Per affrontare queste sfide, il team di ricerca guidato dal Professor Wendelin Stark del Dipartimento di Chimica e Bioscienze Applicate dell’ETH di Zurigo ha sviluppato una nuova tecnologia per lo stoccaggio dell’idrogeno, una soluzione che è molto più sicura ed economica rispetto alle soluzioni esistenti.
Questa tecnologia si basa su un processo noto da tempo e utilizza il quarto elemento più abbondante sulla Terra: il ferro.
Il processo di stoccaggio dell’idrogeno a livello chimico sviluppato dai ricercatori dell’ETH si basa sul processo del vapore-ferro, compreso fin dal XIX secolo. Durante i mesi estivi, quando c’è un surplus di energia solare, questa può essere utilizzata per scindere l’acqua e produrre idrogeno, il quale viene poi introdotto in un reattore in acciaio inossidabile riempito con minerale di ferro naturale a 400 gradi Celsius.
Sviluppo del nuovo stoccaggio dell’idrogeno
Come abbiamo affermato in precedenza, questo nuovo processo di stoccaggio dell’idrogeno sviluppato dai ricercatori dell’ETH di Zurigo si basa su un principio noto dal XIX secolo, e il reattore all’interno del quale viene eseguita la reazione chimica, troviamo l’idrogeno che reagisce con l’ossido di ferro (Fe2O3), rimuovendo l’ossigeno e lasciando dietro di sé ferro elementare e acqua.
Questo processo è simile alla carica di una batteria, in quanto l’energia contenuta nell’idrogeno viene immagazzinata sotto forma di ferro e acqua per lunghi periodi con perdite minime, detto ciò quando l’energia è necessaria di nuovo in inverno, il processo viene invertito: il vapore caldo viene introdotto nel reattore per trasformare il ferro e l’acqua in ossido di ferro e idrogeno.
L’idrogeno può quindi essere convertito in elettricità o calore tramite una turbina a gas o una cella a combustibile.
Uno dei principali vantaggi di questa tecnologia è la sua sicurezza, a differenza dell’idrogeno gassoso, che è altamente infiammabile e volatile, il ferro è stabile e sicuro da immagazzinare, inoltre il processo di stoccaggio e rilascio dell’idrogeno non richiede contenitori pressurizzati o tecnologie di raffreddamento costose, riducendo significativamente i costi di costruzione e manutenzione.
Un altro vantaggio significativo è l’efficienza energetica, il processo di scarica, che trasforma il ferro e l’acqua in ossido di ferro e idrogeno, utilizza il calore di scarto generato dalla reazione stessa, minimizzando l’energia necessaria per il processo, questo rende il sistema non solo più economico, ma anche più sostenibile dal punto di vista energetico.
Applicazioni future
Il potenziale di questa tecnologia è vasto, in un impianto pilota situato nel campus Hönggerberg dell’ETH di Zurigo, i ricercatori stanno dimostrando come questa tecnologia possa essere utilizzata per lo stoccaggio stagionale dell’energia. L’impianto, che contiene 2-3 tonnellate di minerale di ferro non trattato, è progettato per soddisfare un quinto del fabbisogno elettrico invernale del campus entro il 2026.
In futuro, questa tecnologia potrebbe essere utilizzata su scala più ampia per immagazzinare l’energia solare prodotta in estate e utilizzarla in inverno, riducendo la dipendenza dai combustibili fossili e migliorando la sicurezza energetica. Oltre a quanto precedentemente detto, potrebbe contribuire a colmare il divario energetico invernale della Svizzera, riducendo la necessità di importazioni e centrali a gas.
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