IDROGENO ENERGIA PER IL FUTURO

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1 IDROGENO ENERGIA PER IL FUTURO

2 UTILIZZO ATTUALE RISORSE Fnti NON Rinnvabili (cmbustibili( fssili ): Petrli 40 % Carbne 30 % Gas Naturale 20 % Fnti Rinnvabili : Energia Elica Energia Idrelettrica Energia Nucleare Energia Getermica Bimassa Idrgen Slare Fnti NON rinnvabili 90 % Fnti rinnvabili 10 %

3 PROBLEMI CONNESSI ALL USO DI COMBUSTIBILI FOSSILI Esauriment dei giacimenti Immissine inquinanti primari CO2 NOx SOx HC incmbusti CO Particlat fine Inquinanti Secndari Smg ftchimic

4 CO2 Principale inquinante della cmbustine Gas Serra

5 CICLO NATURALE DELLA CO2 Eruzini vulcaniche Incendi bschivi Respirazine animale Ftsintesi Oceani 280 ppm

6 EMISSIONI ANTROPICHE dall inizi dell era era industriale VALORI ATTUALI 370 ppm (+ 30%)

7 IPCC Intergvernmental Panel n Climate Change 550 ppm 2080

8 EFFETTI INCREMENTO ATMOSFERICA CO2 Incerti : mancanza di mdelli matematici Presumibile causa del Glbal Warming ΔT= T=0,6 C dal 1861 ad ggi T media in crescita

9 CORRERE AI RIPARI Maggire attenzine per l ambientel Nascita del cncett di Svilupp Sstenibile L svilupp è sstenibile se sddisfa i bisgni delle generazini presenti senza cmprmettere la pssibilità per le generazini future di sddisfare i prpri bisgni rapprt Burtland 1987 Prtcll di Kyt (1997) Impegn dei paesi industrializzati a ridurre le emissini di GHG (GreenHuse Gas: CO2,CH,CH4,N20,HFC,SF6..)

10 3 VIE PER RIDURRE EMISSIONI Miglirare l efficienza l degli impianti attuali buna sluzine a breve termine Separazine e allntanament della CO2 decarbnatazine via diretta (ptenziand le capacità ecsistema : rimbschiment) via indiretta (stccaggi in appsiti siti : ceani,cave stterranee..) Us di cmbustibili alternativi a bass tenre di C (gas( naturale) inevitabili emissini CO2 men inquinante di altri cmbustibili fssili (CO2 ; PM ; SOx ; CO ) esauribile fnti rinnvabili

11 FONTI RINNOVABILI Idrelettrica Elica Getermica Nucleare Bimassa Slare Idrgen Svilupp staclat da: Intermittenza della dispnibilità Csti elevati Bassa densità di energia ANCORA NON COMPETITIVE CON I COMBUSTIBILI FOSSILI

12 IDROGENO Gas (temperatura ambiente) inclre, insapre, indre Hydr + gen = generatre di acqua Scpert da Cavendish 1766 Chiamat idrgen da Lavisier Element più semplice Element più legger Element più abbndante dell Univers Si trva quasi sempre cmbinat in mlti cmpsti (H20,HC,acidi),acidi) e liber in ridttissime quantità nell atmsfera Punt di ebllizine/liquefazine -253 C Punt di fusine/slidificazine -259 C

13 Vantaggi & Svantaggi Praticamente inesauribile Zer emissini (H2O,NO O,NOx) Può essere prdtt da mlte fnti (rinnvabili e nn) Alta energia specifica (J/kg) Circa 2,5 vlte più del CH4 Bassa densità energetica (J/l) Circa 3,2 vlte minre del CH4 Infiammabile Esplsiv Mlt reattiv Estremamente vlatile 1 Kg CH4 = 1478 l 1 Kg H2 H = l ( 8 vlte CH4 ) T=15 C, p=1 atm

14 BASSA DENSITA ENERGETICA La stessa quantità di energia prdtta da V litri di CH4 richiede circa 3V litri di H2 H nelle stesse cndizini di T e p CH4 H2

15 USI Per la sintesi di mlte specie NH3,CH,CH3OH,fabbricazine carburanti sintetici (prcess Fischer Trpsh (1932))

16 USI passati Per la sintesi di mlte specie NH3,CH,CH3OH,fabbricazine carburanti sintetici (prcess Fischer Trpsh (1932)) Usat per gnfiare gli aerstati. Tragedia dell Hindenburg (1937) fu sstituit da He più pesante ma nn infiammabile.

17 USI presenti Per la sintesi di mlte specie NH3,CH,CH3OH,fabbricazine carburanti sintetici (prcess Fischer Trpsh (1932)) Usat per gnfiare gli aerstati. Tragedia dell Hindenburg (1937) fu sstituit da He più pesante ma nn infiammabile. Unic impieg attuale cme cmbustibile nelle missini spaziali NASA

18 USI futuri Per la sintesi di mlte specie NH3,CH,CH3OH,fabbricazine carburanti sintetici (prcess Fischer Trpsh (1932)) Usat per gnfiare gli aerstati. Tragedia dell Hindenburg (1937) fu sstituit da He più pesante ma nn infiammabile. Unic impieg attuale cme cmbustibile nelle missini spaziali NASA Celle a cmbustibile

19 OSTACOLI Prduzine Distribuzine Stccaggi

20 PRODUZIONE. Refrming idrcarburi 67 % Principalmente gas naturale Elettrlisi 3 % Gassificazine 30 % Altri metdi Ft cnversine (energia slare) ) dell H2O mediante alghe e batteri in fase di studi

21 REFORMING DI IDROCARBURI Cmbustibili fssili Pss usare bimassa Bietanl Bigas CH3OH (specie per aut) Si prduce CO2 Nn cnviene Sia ecnmicamente Sia energeticamente Sia per l inquinamentl STEAM REFORMING 1) CH4 + H2O H O -> CO + 3H2 (T=800 C, Ni) 2) CO + H20 H 0 -> CO2 + H2 (su catalizzatre) 1+2) CH4 + 2H20 0 -> CO2 + 4H2 Energia di 4 mli di H2 H < Energia di 1 mle di CH4

22 GASSIFICAZIONE DEL CARBONE Pss usare bimassa Pirlisi e successiva gassificazine della frazine slida (char( char) Prduce CO2 1) C + H2O H O -> CO + H2 H (T=1000 C, Ni) 2) CO + H20 H 0 -> CO2 + H2 (su catalizzatre) 1+2) C + 2H20 0 -> CO2 + 2H2

23 DISSOCIAZIONE DELL H2O Dissciazine elettrlitica Dissciazine termica (3500( K) K Prduce H2 H pur Cstsa Zer emissini 4-5 kwh per 1m³ ³ di H2H Pss usare energie Per applicazini speciali alternative di labratri Slare Bimassa Nucleare Idrelettrica Elica

24 DISTRIBUZIONE Mediante Idrgen-dtti: gasss liquid Pss usare Cndtte ad hc Metandtti adattati (per cmpensare le diverse caratteristiche dell idrgen rispett al metan) 2000 km di rete in USA, Germania,Belgi ed Inghilterra

25 .. STOCCAGGIO Idrgen Cmpress Idrgen Liquefatt Idruri Metallici Nan Tubi di Carbni

26 IDROGENO COMPRESSO Metd più semplice (in cmmerci bar) Alte pressini per cmpensare bassa densità energetica Nuvi materiali Resistenti ad alte p Leggeri Prblemi di sicurezza

27 IDROGENO LIQUEFATTO Prtare e mantenere H2 H a -273 C Necessità di super cntenitri islanti Alt tass di evaprazine Pericls Mlt csts

28 IDRURI METALLICI Sicur Alta densità energetica 3-4 vlte H2 H cmpress Me + H = MeH Ti 3% Pesanti Cst Pssn essere avvelenati da S,CO2,H,H2O 3% in pes T 60 C Mg 7% in pes T 250 C p T

29 NANO TUBI DI CARBONIO Scperti per cas da Sumui Iijima 1991 Affini ai fullereni SWNT MWNT (strutture cncentriche di SWNT) Adsrbn grandi quantità di H2 H a bassa T e p Fin al 60% in pes!! Sluzine ideale Alta densità energetica Bass pes Ancra da studiare Risultati cntraddittri d SWNT ideale L

30 FULLERENI Terza frma alltrpica del C (diamante e grafite) Scperti per cas da Smalley 1985 Gabbie sferiche di strutture esagnali e pentagnali di C Dall architett architett Fuller che realizzava cuple gedesiche Prim scpert C60 buckyball frma di un pallne da calci Si prducn artificialmente per evaprazine del carbne e si trvan mlt raramente in Natura

31 Prduzine Elettrica USI DELL H2 Impianti Termelettrici : turbine a gas, a vapre FC Trasprti FC ICE Prduzine Termica Gas arricchiti cn H2 H per miglirare la cmbustine Gas di città usat in passat (ra sstituit dal gas naturale) che si tteneva direttamente dal carbne cn la reazine del gas d acquad acqua : CO(50% 50%) ) + H2(50% H 50%)

32 GENERATORI ELETTRICI Impianti Termelettrici Miscelat (blending( blending) ) da sl Men emissini Maggire efficienza Celle a Cmbustibile ( Fuel Cells ) Zer emissini ACUSTICHE E ATMOSFERICHE Rendimenti elevati (fin( al 60 %) Riutilizzabili Adattabili per diverse applicazini sia fisse che mbili Da pchi W a MW ν Dai PC ai grandi impianti di distribuzine all aut aut trasprt

33 AUTO TRAZIONE H per ICE da sl miscelat In via di svilupp 1 esemplare : BMW 750 hl ( Berlin 2000, 226km/h ) H2O O e minri NOx H nelle FC per aut elettriche Efficienza FC 37,7% Efficienza ICE tradizinali: Benzina : % Diesel : % Zer emissini Prim autbus d Eurpa d presentat a Trin : CityClass Ivec-Irbus Prima stazine di rifrniment in Italia a Milan (Biccca( Biccca) Cme frnire H2 H alla FC?? Rifrnite direttamente da H2 H liquid gasss Prduzine a brd da refrming di HC

34 REFORMING DEL CH3OH - prduzine a brd CH3OH liquid 2 - REFORMER 3 - CH3OH+H OH+H2O->CO+3H 4 - CO+H2->CO ->CO2+H 5 - FC+Q 6 - H2O+OH O+O2->H2O ZERO NOx O->CO+3H2 (~280 C, Me) +H2 (catalizzatri) MENO CO2 H2O 1 mle di CH3OH da 1 mle CO2 1 mle (CnHm)( ) da n mli di CO2 CH3O H Q CO H2 PEMFC CO<20 ppm Aria CO2

35 H2 NECESSARIO PER AUTO Bastan sl 3 kg ad una utilitaria per fare 500 km!! Frma Gasssa : Serbati da 290 kg per 700 l (p=250 bar ) Frma Liquida : Serbati da 170 kg per 255 l Alt tass di evaprazine Idruri Metallici : Serbati da 570 kg per 230 l CH3OH : Serbati da 390 kg per 280 l Csta il dppi della benzina Nan Tubi di Carbni : Serbati da 10 kg per 30 l??? A BENZINA : V = 72 l w = 71 kg