Arriva l’idrogeno domestico per produrre calore ed elettricità
Con l’idrogeno domestico potrai produrre elettricità e calore per casa tua in autonomia!
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L’idrogeno sembra destinato a diventare l’elemento chimico protagonista del panorama energetico europeo per i prossimi anni. A sottolinearlo non sono solo i progressi degli ultimi tempi fatti nello sviluppo di tecnologia in grado di sfruttare questo elemento come fonte di energia, ma anche il Recovery Fund. Sono infatti ben 408 i miliardi stanziati per l’idrogeno dalla UE al 2025, di questi 8 sono dedicati solo all’Italia.
Una delle soluzioni più diffuse per sfruttare l’idrogeno erano le cosiddette fuel cells (celle a combustibile). Grazie ad esse è infatti possibile produrre energia in modalità cogenerativa ovvero due tipi di energia diversa sfruttando lo stesso combustibile. Grazie a questa tecnologia è dunque possibile sfruttare l’idrogeno domestico ottenendo prevalentemente energia elettrica (con rendimento elettrico 55 %) e calore per produrre acqua calda con un rendimento termico del 15 %. Le fuel cells quindi non sono molto adatte quando si tratta di dover fornire calore al cliente.
Tuttavia con la nuova caldaia a idrogeno non è più così. Grazie ad essa possiamo davvero parlare finalmente di idrogeno “domestico” nel vero senso del termine. Le nuove caldaie a idrogeno integrano infatti la produzione di un’elevata quantità di calore e di energia elettrica soddisfacendo i consumi domestici. La tecnologia alla base di queste nuove caldaie a idrogeno si basa su principi diversi da quelli delle fuel Cells.
Abbiamo quindi deciso di spiegare le differenze fra i due metodi ed approfondire il funzionamento ed i vantaggi delle nuove caldaie a idrogeno qui di seguito.
L’idrogeno nelle fuel cells
La più grande differenza tra le due tecnologie per l’idrogeno domestico sono i loro principi di funzionamento. Le fuel cells si basano infatti su reazioni di tipo chimico.
All’interno di una fuel cells c’è di solito un catalizzatore, di norma di platino, che a contatto con l’idrogeno (h2) produce corrente elettrica ed acqua calda. In particolare, la reazione che produce il catalizzatore fa sì che gli atomi di idrogeno perdano un elettrone, che andrà poi a formare la corrente elettrica. L’atomo di idrogeno con carica positiva, in quanto ha più protoni di elettroni, tenderà a legarsi con quelli di ossigeno producendo così acqua calda.
Il risultato di questa reazione è dunque la produzione di acqua calda, utilizzabile per il riscaldamento domestico ed elettricità.
L’idrogeno domestico è possibile grazie alla nuova caldaia a idrogeno
L’idrogeno domestico può essere considerato tale solo grazie alla nuova tecnologia delle caldaie a idrogeno. A differenza delle fuel cells, in questo caso la tecnologia sfrutta reazioni chimico-fisiche con interazioni fra particelle subatomiche. La cella di fusione della nuova caldaia a idrogeno produce calore grazie a speciali dinamiche chimico-fisiche controllate. L’output energetico si ottiene anche da interazioni che riguardano le particelle subatomiche degli atomi del syngas (bioetanolo) impiegato.
L’idrogeno di partenza (contenuto in un syngas di idrogeno + ossigeno) interagisce con l’acqua in una speciale camera di fusione brevettata. Acqua e syngas, grazie ad un innesco elettrico, riescono a produrre interazioni ad elevata esotermicità in grado di trasformare l’acqua stessa in vapore acqueo a 600°C.
Sarà poi questo vapore a rendere l’idrogeno domestico. Facendolo confluire su di una turbina, dopo averlo pressurizzato adeguatamente, è possibile produrre elettricità. Allo stesso modo è possibile catturarne il calore per riscaldare gli ambienti di casa.
Lo scarto ottenuto è quindi della semplice acqua, tutt’altro che inquinante o difficile da smaltire.
Come funziona la caldaia a idrogeno
Se abbiamo definito come domestico l’idrogeno c’è un motivo, anzi più di uno. I principali sono i seguenti:
- il sistema funziona utilizzando pochissima energia elettrica per l’innesco iniziale,
- ha necessità di un rifornimento di 1kg di syngas (bioetanolo) ogni sei mesi,
- produce solo acqua come scarto.
In particolare, la caldaia a idrogeno, riesce a “moltiplicare” questa energia da una configurazione energetica di partenza basata su idrogeno contenuto nel syngas in piccola quantità (40 grammi di idrogeno). L’energia entalpica (calore + pressione) che si ottiene dalla cella brevettata e sigillata (nessuno può averne l’accesso) è in grado produrre continuativamente vapore a 600 ° C (con reazione autosostenuta e spesa energetica minima).
Una volta ottenuto il vapore a questa temperatura tutto diventa possibile. Il vapore prodotto dalla caldaia è ad una pressione tale da riuscire a muovere una turbina in grado di generare elettricità. In sostanza il vapore prodotto viene utilizzato nella stessa maniera delle centrali termoelettriche.
Ma non finisce qui. Il vapore infatti viene fatto confluire in degli scambiatori di calore che prelevando il calore in esso contenuto fanno condensare l’acqua. Sarà poi questa acqua ad essere utilizzata per il riscaldamento, a questo punto “ad idrogeno domestico”, o per generare acqua calda sanitaria.
La risultante cogenerativa prodotta dalla caldaia a idrogeno offre una quantità enorme sia di calore che di elettricità.
Modalità di funzionamento della caldaia a idrogeno
La caldaia in questione può utilizzare l’idrogeno domestico in due modi:
- partendo da 2 kg di bioetanolo/anno e 40 litri acqua/anno per ottenere il syngas (idrogeno + ossigeno) necessario alla cella ed al ricircolo acqua;
- partendo dall’idrogeno puro (“verde” ottenuto da elettrolisi con energia elettrica da fotovoltaico) e aggiunta di ossigeno necessari entrambi alla cella ed al ricircolo acqua.
La caldaia ad idrogeno domestico funziona in configurazione “stand alone” ovvero senza collegamenti elettrici di rete o di alimentazione combustibili. Non servono collegamenti neppure per l’idrogeno perché la caldaia ha un generatore di idrogeno al suo interno. Occorre unicamente una ricarica di etanolo ed acqua distillata (ogni sei mesi) per produrre idrogeno.
Vantaggi dell’idrogeno domestico
E’ evidente come ci sia un enorme vantaggio a ricorrere all’idrogeno domestico garantito da questo tipo di sistema. La cogenerazione infatti permette di conferire un’autonomia pressoché totale all’edificio residenziale in cui è installata la caldaia. L’energia elettrica prodotta e non consumata viene infatti accumulata in tre batterie consentendo il suo utilizzo anche in un secondo momento.
Questo sistema sistema di idrogeno domestico è inoltre molto sicuro. All’interno della caldaia si trova infatti un microprocessore che si occupa di monitorare e gestire ogni aspetto del funzionamento del dispositivo. In sostanza questo microprocessore si occupa di:
- fornire acqua alla giusta temperatura,
- mantenere le batterie cariche,
- rilevare e mostrare l’effettivo consumo energetico,
- effettuare le verifiche di sicurezza,
- … e molte altre cose.
Interessante inoltre è la possibilità di controllare il sistema da remoto tramite connessione wireless grazie all’apposita app sviluppata per gli smartphone.
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