Idrogeno modellato: 75% di efficienza, 99% di cattura del carbonio

L'idrogeno dovrebbe contribuire a ripulire i settori industriali che non possono semplicemente collegarsi alla rete elettrica: industria pesante, chimica, raffinazione. L'ostacolo è che produrre idrogeno a basse emissioni in modo efficiente e a costi accessibili resta difficile. Un team dell'Università di Manchester, in collaborazione con partner industriali, propone ora una nuova strada, almeno sulla carta: un processo che cattura gran parte della propria anidride carbonica mentre produce idrogeno, e che è stato testato a due scale molto diverse.

Il metodo si chiama reforming a looping chimico. Materiali solidi trasportatori di ossigeno fanno circolare l'ossigeno attraverso una sequenza di reazioni, che producono calore. Questo calore alimenta la trasformazione di metano e vapore in syngas, una miscela gassosa contenente idrogeno. Poiché il processo concentra e separa la CO₂ lungo il percorso, il carbonio esce già isolato, pronto per lo stoccaggio oppure per essere utilizzato come materia prima da altre industrie. Gli autori descrivono questa strada come un modo per ottenere quello che viene chiamato idrogeno blu, cioè idrogeno prodotto a partire dal gas naturale, con l'anidride carbonica catturata e non rilasciata nell'atmosfera.

I ricercatori hanno modellizzato due casi: un impianto da 2 MW destinato a siti industriali decentralizzati, in grado di soddisfare il fabbisogno elettrico di circa 5.000 abitazioni medie se funzionasse in continuo, e una struttura da 600 MW, adatta a una domanda industriale elevata, capace di fornire energia a circa 1,5 milioni di abitazioni. Nei progetti più avanzati, l'efficienza termica modellata raggiunge fino al 75%, mentre la cattura copre tra il 90% e il 99% delle emissioni di anidride carbonica. In diversi scenari il sistema produce anche vapore in eccesso, che potrebbe essere esportato. Rispetto al reforming del metano con vapore accompagnato da cattura del carbonio, al reforming autotermico con cattura del carbonio e alla produzione basata su elettrolizzatori, il team ha rilevato che, per gli impianti di grandi dimensioni, il looping chimico potrebbe superare il reforming convenzionale su alcuni indicatori chiave di efficienza, mantenendo tassi di cattura molto elevati.

Per una raffineria o un polo industriale, la questione pratica è se il processo si adatti al sito, alle esigenze di calore e all'alimentazione elettrica. Gli autori sono prudenti: la soluzione migliore per l'idrogeno, scrivono, dipenderà dai sistemi energetici locali, dalle infrastrutture e dalle politiche. Vedono un possibile ruolo durante la transizione verso un'energia a minori emissioni, in particolare dove il calore industriale può essere integrato e l'elettricità a basse emissioni resta limitata. Lo studio non indica né una data di avvio né una diffusione industriale.

Ciò che distingue questo lavoro è il suo realismo. Gli studi precedenti esaminavano spesso progetti idealizzati, mentre questo tiene conto del funzionamento dei reattori, delle prestazioni delle valvole, dei requisiti di integrazione termica e delle considerazioni di sicurezza. Questo rende i dati più utili per gli ingegneri, ma restano il risultato di una modellizzazione. Finché un impianto non funzionerà in queste condizioni, i valori del 75% e del 99% descrivono ciò che il progetto dovrebbe raggiungere.