Produzione idrogeno da metano
Produzione idrogeno, con tecniche sempre più numerose e tentate, e trovate, per riuscire a creare una alternativa a quelle più classiche e non molto rispettose dell’ambiente. La Produzione idrogeno da metano è sempre più gettonata anche se non si può proprio definire una tecnica diffusa. Iniziamo a conoscerla e a esplorare il contesto in cui si inserisce, pronte a conoscerne i futuri successi.
Ad oggi dobbiamo ammettere che nella maggior parte dei casi la produzione idrogeno avviene a partire da idrocarburi e combustibili fossili, tramite un processo chimico. In realtà lo si può ottenere dall’acqua, anche, attraverso produzione biologica nelle alghe bioreattori, oppure con processi come l’elettrolisi o la termolisi.
Oggi questi metodi non sono ancora efficienti quanto quelli che vedono protagonisti gli idrocarburi ma gli sviluppi sono veloci e interessanti, richiedono fondi, oltre che conoscenze e tempo, ma quella che viene comunemente chiamata economia dell’idrogeno ci riserverà delle sorprese molto green.
Produzione idrogeno da metano (steam methane reforming)
Quando di parla di steam reforming si intende il processo che, soprattutto in ambito industriale, porta alla produzione di syngas. In generale si parte dagli idrocarburi ma visto che stiamo parlando di steam methane reforming, è chiaro che dobbiamo riferirci solo al metano, protagonista della reazione assieme al vapore acqueo.
Possiamo ritenerla divisa in due fasi, e la troviamo nella sintesi del metanolo, avviene in modo simile anche per l’ammoniaca. La prima fase, detta anche Reforming primario, è endotermica, avviene ad elevata temperatura: i 700 °C sono quelli che favoriscono questa reazione. Nella seconda parte, detta anche reforming secondario, si ha la miscela di gas ottenuta, contenente metano (CH4) residuo, monossido di carbonio (CO), acqua(H2O) e idrogeno (H2), che diventa protagonista di una post-combustione. Essa avviene con l’utilizzo di aria e permette di ottenere maggiore concentrazione di monossido di carbonio e idrogeno e una minore concentrazione di metano residuo.
Non è un caso se ci parla di aria e non di ossigeno puro, (O2), in questa modalità di Produzione idrogeno da metano: trattandosi di reazione esotermica, con l’ossigeno puro si arriverebbe a temperature troppo elevate, tenendo conto anche del fatto che si parte già da circa 900 °C, e da una concentrazione di metano residuo non molto alta. Durante la Produzione idrogeno da metano si utilizza come catalizzatore il nichel supportato.
Produzione idrogeno da metano: costi
Oggi non ha dei costi competitivi questo processo, quello più economico per la Produzione idrogeno prevede l’utilizzo di petrolio o di altri combustibili fossili. Quasi la totalità di idrogeno arriva dai combustibili fossili, qualche punto percentuale invece dall’elettrolisi dell’acqua, i restanti metodi permangono e sono oggetto di studi ma dobbiamo anche fare tanta strada per abbattere i costi e in certi casi ottimizzare la Produzione idrogeno fase per fase.
Simile alla Produzione idrogeno da metano, c’è quella legata alla sintesi dell’ammoniaca, detto anche processo Haber-Bosch, in questo caso si parte dal gas naturale, con un’efficienza approssimativa dell’80%.
Produzione idrogeno o steam reforming
Da metano o meno, la Produzione idrogeno partendo del gas naturale o “steam reforming”, necessita di una reazione in cui compare vapore acqueo e che avviene ad una temperatura che può variare di caso in caso di gas in gas, dai 700 ai 1100 °C. Si ottiene in questo modo una miscela costituita essenzialmente da monossido di carbonio e idrogeno, detta syngas, a patto di fornire il calore richiesto per attivare la reazione. Lo si ottiene bruciando parte del metano o di altri idrocarburi, le proporzioni con cui poi si combinano le varie sostanze nel Syngas ottenuto sono variabili.
Produzione idrogeno per elettrolisi
Abbiamo accennato all’elettrolisi per la Produzione idrogeno, processo che riesce a fornirci circa il 3% dell’idrogeno oggi utilizzato. Se non abbiamo presente come spadroneggiano i processi che sfruttano i combustibili fossili, con conseguente emissione di elevate quantità di CO2, ci può sembrare poco questo 3% circa. Invece è una percentuale che rende l’elettrolisi l’unico processo che ha una certa rilevanza pratica e un futuro prossimo che ci può far sorridere.
Perché avvenga l’elettrolisi è necessaria energia elettrica, necessaria per scomporre l’acqua nei suoi due elementi H e O e non sono necessari prodotti fossili. Ecco perché tanto si parla e tanto si punta sull’”Economia dell’Idrogeno”, sperando arrivi presto il momento in cui la Produzione idrogeno avvenga a partire da fonti rinnovabili.
Sempre covando speranze e credendo in chi sta effettuando ricerche sull’elettrolisi, teniamo conto del fatto che, se attuata con elettrolizzatore anodico, essa fornisce anche dei “sottoprodotti” che hanno un valore commerciale nel settore della cosmetica e in quello tessile, come anche nell’industria alimentare e per la produzione di plastiche biodegradabili.
Produzione idrogeno dall’acqua
La Produzione idrogeno dall’acqua, detta anche elettrolisi dell’acqua, è piuttosto semplice e richiede corrente a basso voltaggio. Essa attraversa l’acqua e forma ossigeno gassoso all’anodo ed idrogeno gassoso al catodo, solitamente quest’ultimo è di platino, oppure di un altro metallo inerte. E’ però necessario che entrambi gli elettrodi, anodo e catodo, siano di un metallo inerte, nel caso che l’idrogeno prodotto debba essere consumato “in situ”, perché diventerebbe necessaria la presenza di ossigeno in modo che ci sia combustione ed entrambi gli elettrodi.
Se si utilizzasse il ferro o un altro metallo non inerte, si avrebbe l’ossidazione dello stesso con la diminuzione della quantità di ossigeno che si sviluppa). L’efficienza, quella massima teorica, dell’elettrolisi dall’acqua, si aggira attorno all’’80-94%.
Produzione idrogeno in casa
Mentre attendiamo di leggere il sorpasso dei metodi green nella Produzione idrogeno, possiamo nel nostro piccolo dedicarci a metodi fai da te partire dall’acqua e sfruttando le reazioni chimiche in cui strappiamo i due atomi di idrogeno alla molecola di acqua. Rimbocchiamoci le maniche e leggiamo come procedere nell’articolo “Come produrre idrogeno dall’acqua”.
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Pubblicato da Marta Abbà il 16 Gennaio 2017
