Come si produce l’idrogeno: le tecniche e le principali differenze

L’idrogeno è uno dei carburanti più interessanti per il futuro energetico dell’umanità. Se si parte da idrogeno puro al 100% la sua combustione è infatti tra le meno inquinanti al mondo, il cui unico prodotto della combustione è l’acqua. Inoltre la possibilità di ottenerlo anche da fonti rinnovabili lo rende un buon alleato nella lotta al cambiamento climatico. Produrre idrogeno ha però un costo energetico molto elevato, cosa che potrebbe potenzialmente ridurne i vantaggi nell'applicazione reale, almeno per il momento.
La fonte energetica utilizzata per produrlo determina, in ultima analisi, la reale sostenibilità di questo biocombustibile.
Ma in cosa sono diversi idrogeno, l’idrogeno verde e bioidrogeno? Dipende dal metodo di produzione.

I metodi per la produzione di idrogeno

L’idrogeno può essere prodotto tramite tecniche diverse, alcune più impattanti di altre.
Tra i primi metodi ad essere scoperti ci sono quelli che prevedono l'uso di combustibili fossili e quelli che si basano sull’elettrolisi dell’acqua. Se confrontiamo però costi e ricavi vediamo subito che questi metodi sono, purtroppo, poco convenienti sul fronte energetico.

L'elettrolisi dell'acqua è stata resa più sostenibile in tempi recenti permettendo di formare il cosiddetto idrogeno verde, ma la metodologia forse più interessante tra quelle sviluppate fino ad oggi è quella che sfrutta microorganismi come le alghe. Semplificando possiamo dividere i metodi di produzione in rinnovabili e non rinnovabili, sulla base della fonte energetica utilizzata (e quindi sul reale impatto ambientale dell'idrogeno in sé) e soprattutto sul metodo di produzione.

Produzione di idrogeno non rinnovabile

Con la dicitura "non rinnovabile" intendiamo l'idrogeno prodotto da fonti che non si rinnovano in tempi umani, siano esse fonti di materia o di energia. Semplificando possiamo dire che anche se l'idrogeno è sostenibile, se è stato prodotto in modo non rinnovabile – vuoi per materiale di partenza (come petrolio o carbone) o per energia (come quella dai combustibili fossili) – esso diventa non rinnovabile e prende il nome di idrogeno grigio.

Idrogeno da combustibili fossili

L’idrogeno si può ottenere tramite alcuni processi che coinvolgono materie prime non rinnovabili come ad esempio il processo di reforming da petrolio, cracking del metano e gassificazione del carbone.

Nel caso del reforming, tramite trattamenti che necessitano di grandi quantità di energia, si liberano gli atomi di idrogeno presenti nelle molecole organiche di petrolio. Questo processo oltre a richiedere molta energia (sia per l’estrazione della materia prima, il trattamento, che la successiva fase di purificazione) presenta l’enorme svantaggio di rilasciare anidride carbonica.
Nel cracking invece, si prevede la rottura della molecola di metano con conseguente liberazione di idrogeno e atomi di carbonio principalmente sotto forma di  monossido di carbonio (CO).
L'ultimo processo è quello di gassificazione che prevede di far reagire il carbone con l’acqua per ottenere idrogeno e monossido di carbonio.

L'elettrolisi dell'acqua genera idrogeno e ossigeno

Un’ultima metodologia all'interno di questa categoria è quella dell’elettrolisi dell’acqua. Sostanzialmente quello che viene fatto (come vedete nell'immagine sottostante) è rompere la molecola d'acqua tramite corrente elettrica ricavando molecole di ossigeno (O2) e idrogeno (H2), spezzandone i legami che le tengono assieme.

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Idrogeno verde 

Una delle possibili soluzioni per ottenere idrogeno a minor impatto ambientale è quella di usare nel processo di elettrolisi solo energia da fonti rinnovabili. In termini di efficienza si perde energia ma si guadagna un combustibile a zero emissioni senza tutto lo svantaggio dell’impatto ambientale legato alla sua creazione. Il procedimento è lo stesso dell'elettrolisi vista precedentemente ma quello che cambia è la fonte energetica usata. Se l'energia deriva da fonti non rinnovabili quali carbone e petrolio, il processo è poco sostenibile, ma migliora di molto se si usa l'energia elettrica ottenuta dall'eolico, dal solare o dal moto ondoso.

Bioidrogeno da alghe e altri vegetali

Il bioidrogeno è l’idrogeno prodotto per via biologica, ottenuto grazie ad alcuni microorganismi che generano H2 (principalmente alghe) come prodotto di scarto del proprio metabolismo.
Il processo di produzione avviene nei bioreattori, dei particolari "forni" usati per facilitare la crescita di microorganismi. Queste strutture permettono di regolare parametri come temperatura e pH per favorire la crescita del microorganismo in questione.

I principali vantaggi di questa tecnica sono diversi. Innanzitutto essendo le alghe degli organismi autotrofi, le quantità di nutrienti necessari per la loro coltivazione (e indirettamente i costi) saranno molto bassi. Da un punto di vista degli scarti la combustione non produce rifiuti ma rilascia molecole d'acqua, mente se vogliamo guardare le emissioni di CO2 questa tecnica ha un impatto ambientale molto basso. Per concludere non si usano alimenti ma scarti alimentari e non c'è nemmeno bisogno di terreni agricoli visto che tutto il processo avviene nei bioreattori.