Un “albero artificiale” dalla Svizzera per produrre idrogeno verde
Un reattore solare unico nel suo genere promette di ovviare agli alti costi e alle difficoltà di trasporto legati allo sviluppo dell'idrogeno verde. Il primo impianto pilota entrerà in funzione in Svizzera nel febbraio 2024, ma l'innovazione suscita interesse anche all'estero.
Il disco parabolico installato nel campus del Politecnico federale di Losanna (EPFL) non passa inosservato. Con un diametro di sette metri e puntato verso il cielo, fa pensare a un radiotelescopio. Non è però stato progettato per rilevare le onde radio dallo spazio, ma per utilizzare la luce solare e l’acqua per produrre idrogeno.
È la prima dimostrazione di produzione di idrogeno solare a livello di un sistema, afferma Sophia Haussener, responsabile del Laboratorio di scienza delle energie rinnovabili e di ingegneria dell’EPFL. Questo significa che a differenza delle sperimentazioni in laboratorio, il prototipo include tutti gli elementi necessari per una produzione continua di idrogeno.
L’idrogeno è un carburante a zero emissioni di carbonio e può essere usato come “batteria” per immagazzinare l’energia rinnovabile. La sfida è di poterlo estrarre dal sottosuolo in maniera redditizia o di produrlo da fonti rinnovabili, in grandi quantità e a costi accettabili. L’idrogeno è anche tra i temi principaliCollegamento esterno della conferenza internazionale sui cambiamenti climatici a Dubai (COP28). Questa serie esplora il potenziale e i limiti dell’idrogeno e il ruolo della scienza e dell’industria nella ricerca del carburante verde del futuro.
Il sistema denominato Arb, dal latino arbor (albero), è stato brevettato da SoHHytecCollegamento esterno, una start-up dell’EPFL, e promette di ovviare a due dei principali problemi che ostacolano lo sviluppo dell’idrogeno verde: l’elevato costo di produzione e la difficoltà di trasporto di quello che viene considerato il vettore energetico del futuro.
Arb è in grado di produrre idrogeno in prossimità del suo luogo di utilizzo e a un costo simile, se non addirittura inferiore, a quello dell’idrogeno detto grigio, cioè estratto dal metano e dal carbone. Attualmente, il 96% dell’idrogeno prodotto nel mondo proviene da fonti fossiliCollegamento esterno.
Queste sono caratteristiche fondamentali che hanno permesso a SoHHytec di raccogliere finanziamenti per oltre tre milioni di franchi. E soprattutto, di convincere aziende attive nei settori della metallurgia, dell’energia e della logistica che puntano sull’idrogeno rinnovabile per ridurre le loro emissioni di CO2. Dopo dieci anni di ricerca e sviluppo, l'”albero artificiale” è pronto a dare i suoi frutti.
Come funziona l’albero artificiale che produce idrogeno?
Lo specchio parabolico riflette la luce solare e la concentra nel reattoreCollegamento esterno posizionato nel punto focale. All’interno del reattore, la corrente elettrica generata dal sole scinde le molecole di acqua (H2O) in idrogeno (H2) e ossigeno (O2), attraverso un progetto simile alla fotosintesi delle piante.
Il sistema ruota su sé stesso e segue la posizione del sole nel cielo per massimizzare la resa (vedi video più in basso). Può produrre idrogeno anche in caso di tempo nuvoloso o di notte grazie al collegamento a una fonte elettrica esterna.
A renderlo unico è la capacità di recuperare il calore e l’ossigeno generati durante il processo. Il calore può servire per riscaldare gli ambienti interni degli edifici o per preriscaldare determinati processi industriali. L’ossigeno, spesso ritenuto un prodotto di scarto, può essere impiegato negli ospedali per il trattamento di pazienti con insufficienze respiratorie.
SoHHytec sostiene che Arb ha un’efficienza maggiore rispetto agli impianti di produzione di idrogeno verde convenzionali che utilizzano l’energia solare o idroelettrica. Tenendo conto anche del recupero del calore e dell’ossigeno, l’efficienza si avvicina all’80%, secondo la start-up.
Idrogeno a sufficienza per alimentare un’automobile
L’idrogeno generato da Arb ha una purezza di oltre il 99% ed è precompresso nel reattore, il che lo rende pronto all’uso, spiega a SWI swissinfo.ch Saurabh Tembhurne, cofondatore di SoHHytec. Con una produzione di circa mezzo chilogrammo di idrogeno al giorno, il prototipo potrebbe alimentare un veicolo a pila a combustibile che percorre giornalmente una settantina di chilometri.
La reazione fotochimica per generare idrogeno verde è nota da decenni, ma la sua implementazione pratica è stata frenata da diversi ostacoli. Il sistema sviluppato all’EPFL rappresenta un passo significativo verso soluzioni energetiche sostenibili, scrive l’ingegnera meccanica Canan Acar dell’Università di Twente, nei Paesi Bassi, in una e-mail a SWI swissinfo.ch. Acar svolge ricerche sull’idrogeno verde da oltre 15 anni. “La sua capacità di produzione localizzata, che riduce la necessità di una logistica di trasporto estesa, ne aumenta ulteriormente la praticità e la scalabilità”, afferma.
La durata di vita di Arb è stimata a circa vent’anni. Per incrementare la produzione basta aumentare il diametro del disco parabolico oppure moltiplicare il numero di “alberi artificiali”, come illustra l’animazione seguente:
Primo impianto per l’idrogeno verde in un’azienda metallurgica
Dal febbraio 2024, il primo impianto dimostrativo sarà operativo presso un’azienda specializzata in costruzioni metalliche ad Aigle, nel sud-ovest della Svizzera. Zwahlen & Mayr si avvarrà di un vero e proprio “giardino artificiale” per autoprodurre una parte dell’idrogeno che necessita per fabbricare i suoi tubi in acciaio inossidabile.
Accanto allo stabilimento verranno installati cinque moduli Arb di un diametro di nove metri e con una potenza complessiva di 20 megawatt. In questo modo, l’azienda prevede di coprire circa il 20% del suo fabbisogno di idrogeno, afferma a SWI swissinfo.ch Christian Charpin, vicedirettore di Zwahlen & Mayr. Il calore sarà impiegato per riscaldare l’acqua della fabbrica, mentre l’ossigeno sarà destinato agli ospedali della zona.
SoHHytec intende esportare la sua innovazione anche all’estero. Un progetto in via di finalizzazione in California prevede di creare un parco con un migliaio di Arb che produrrà fino a 2’400 tonnellate di idrogeno all’anno. Impianti di questo genere possono, ad esempio, fornire carburante verde per il trasporto pesante e alimentare circa 150 camion che percorrono 500 km al giorno.
Saurabh Tembhurne ritiene che usando esclusivamente i raggi del sole concentrati, negli Stati Uniti il prezzo di produzione dell’idrogeno verde potrebbe scendere a circa 2,5 dollari al kg. Un costo quindi simile a quello dell’idrogeno proveniente dal metanoCollegamento esterno (in Svizzera, il prezzo è attualmente di 15-23 franchi al kg). Se poi ci fossero ospedali intenzionati ad acquistare l’ossigeno, il costo dell’idrogeno si ridurrebbe ulteriormente, secondo Tembhurne.
SoHHytec è anche in discussione con partner in India, tra cui produttori di energia elettrica, industrie chimiche e aziende di trasporto che desiderano sostituire con l’idrogeno il diesel di camion e treni.
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L’importanza delle condizioni climatiche
Il successo di questo tipo di tecnologie è legato al contesto in cui vengono implementate, osserva Canan Acar. Ad esempio, l’efficienza e l’attuabilità dei sistemi di idrogeno solare dipendono fortemente dalle condizioni geografiche e climatiche. “Le regioni con un’elevata irradiazione solare ne trarranno i maggiori benefici, ma la attuabilità potrebbe essere limitata nelle aree con una luce solare meno costante”, sottolinea.
Le strutture industriali esistenti necessitano di un adattamento tecnologico per integrare i sistemi Arb. Questo richiede considerazioni economiche e un’attenta pianificazione da parte delle aziende, afferma Acar.
SoHHytec si focalizza per ora sul settore industriale. Le aziende interessate possono investire nella sua infrastruttura oppure concludere un accordo a lungo termine per la fornitura di idrogeno a un prezzo prestabilito.
La start-up non esclude però la possibilità di applicazioni residenziali in futuro. L’uso dell’idrogeno in ambito abitativo è ancora poco diffuso e sottostà a severe regolamentazioni locali, dice Saurabh Tembhurne.
“Potremmo però immaginare dei dischi parabolici più piccoli per le case monofamiliari, con cui la gente produrrà energia e calore nel proprio giardino”, afferma.
A cura di Sabrina Weiss
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