È possibile immagazzinare abbastanza idrogeno durante l’estate per coprire il fabbisogno energetico invernale? Secondo due aziende tedesche la possibilità tecnica esiste, ma i suoi costi sono elevatissimi.
L’idea è audace e, proprio per questo, appare molto stimolante. La possibilità di godere di una casa alimentata a idrogeno solletica le menti di molti. L’elemento gioca un ruolo del tutto particolare nella transizione energetica, ciclicamente proposto come l’alternativa a petrolio, gas e carbone. Alla fine, però, resta sempre una presenza marginale nel mix energetico. Non di rado assistiamo all’annuncio di importanti progetti di sviluppo e sfruttamento di tale elemento chimico. Sono sempre altre tecnologie però, dal fotovoltaico all’elettrico (specie nel campo dell’automotive) a essergli preferite e a marciare, ormai spedite, sulla strada della transizione.
Come funziona una casa a idrogeno?
Da un punto di vista teorico, l’idrogeno sarebbe estremamente utile alla transizione energetica. Può infatti essere facilmente prodotto a partire da elettricità (anche verde) o acqua e, quasi altrettanto facilmente, immagazzinato e riconvertito. Ciò lo rende, almeno per il momento, l’unica forma di accumulo energetico stagionale, su ampia scala, a nostra disposizione. Rappresenta un’alternativa senza CO2 ai combustibili fossili. Sebbene vi sia chi ne dubiti, l’idrogeno può sfruttare la rete di gasdotti realizzata per spostare il metano e raggiungere numerosi utenti, senza la necessità di interventi rilevanti.
L’utilizzo di questa sorgente di energia conta anche numerosi detrattori. È noto che per ottenere energia dall’acqua bisogna mettere in conto la dissipazione, sotto forma di calore, del 20-30% dell’elettricità usata per produrlo. Al momento della riconversione in elettricità, poi, si perde – almeno – un altro 50% di potenza sotto forma di calore di scarto. In pratica, all’utente finale arriva soltanto il 40%, se non addirittura meno, dell’elettricità generata inizialmente. Rispetto alle caldaie che conosciamo, alimentate a metano, quelle a idrogeno si dimostreranno sempre meno efficienti, poiché considerevolmente più costose.
Accumulare energia per spenderla in futuro
Se il potere calorifico ed energetico dell’idrogeno può lasciare a desiderare, occorre mettere in evidenza come questo elemento abbia anche un importante vantaggio, il quale potrebbe rivelarsi particolarmente efficace, all’interno di un’abitazione. A livello domiciliare o condominiale, è possibile stoccare e conservare idrogeno, allo scopo di fornire una riserva di energia facilmente spendibile ogni qual volta se ne abbia bisogno.
Pensiamo a chi desideri andare off grid, staccandosi completamente dalla rete elettrica e da quella del gas. Questi scoprirà ben presto che la produzione solare, durante l’inverno, può essere piuttosto scarsa e dimostrarsi insufficiente per le sue esigenze. D’estate, al contrario, potrebbe addirittura essere sovrabbondante, a seconda della zona in cui si risieda, e andare sprecata qualora non si abbia a disposizione uno strumento per accumularla in sicurezza. Persino disponendo di batterie di potenza sufficiente si correrebbe il rischio di non riuscire comunque a sfruttarla tutta, dal momento che gli accumulatori tendono a scaricarsi.
Ecco che allora, a fronte di tutto ciò, disporre di un sistema a idrogeno capace di stoccare, per lunghi periodi, l’energia, rappresenta una soluzione utile all’interno di un’abitazione. Due compagnie tedesche, la Home Power Solution e la Ostermeyer H2ydrogen Solutions, hanno sviluppato dei sistemi per produrre e immagazzinare potenza a sufficienza per coprire tutti i consumi invernali. I due dispositivi, piuttosto somiglianti, si chiamano Picea (HPS) e EcoreOne (Ostermeyer) e sono pensati per destinazioni d’uso differenti. Il primo è destinato ad abitazioni unifamiliari. Il secondo, invece, è destinato a piccoli condomini.
La tecnologia di una casa a idrogeno
Il sistema si compone di un grande impianto fotovoltaico, che rappresenta la base della sua operatività. Troviamo poi un elettrolizzatore, indispensabile al fine di produrre idrogeno a partire dall’acqua, un compressore per trattenerlo in una serie di bombole e un meccanismo capace di convertirlo in elettricità. Questo può essere una cella a combustibile oppure un motore a scoppio. C’è anche una batteria destinata a portare a termine lo stoccaggio giorno-notte e vari scambiatori di calore.
Poche righe fa abbiamo evidenziato come queste conversioni elettricità-idrogeno e ritorno siano disastrose, dal punto di vista dell’efficienza, e portino a sprechi di energia e di denaro, rispetto all’uso diretto dell’elettricità. Date queste premesse, per quale motivo si è sviluppato un simile sistema? Puntualizziamo che sono le seconde e terze conversioni, magari fatte a grande distanza dai punti di utilizzo finale dell’energia, a comportare sprechi di calore. Qualora i dispositivi siano collocati accanto a una infrastruttura che di caldo ha quasi sempre bisogno, come un’abitazione, la situazione cambia.
Lo scarto di calore della conversione dell’acqua in idrogeno, fatto per lo più in estate, può essere sfruttato per scaldare l’acqua sanitaria. Il calore prodotto dalla cella a combustibile e quello, maggiore, dovuto all’impiego di un motore a scoppio, riscalderà il grande serbatoio dell’acqua destinata a riscaldamento domestico. In questo modo, non si spreca idrogeno in nessuna fase e la sua efficienza di utilizzo sale, fino al 90% circa. È dunque una soluzione ottimale? Per chi ha una buona capacità di spesa e desidera rendersi indipendente dalla rete locale, azzerando la propria impronta climatica, sì. Non sono però molti coloro i quali possiedano tutte queste caratteristiche.
Come viene prodotto e stoccato l’idrogeno in casa
L’idrogeno per l’off-grid domestico è un’interessante possibilità tecnica. Corre però il serio rischio di restare tale. Occorre trovare il modo di abbassarne, in maniera drastica, i costi. Qualora ciò non avvenisse, la soluzione sembra destinata a restare per pochissimi.
La tecnologia attuale per stoccare l’idrogeno, purtroppo, è molto costosa. A oggi, il miglior metodo che abbiamo a disposizione è quello di sfruttare il disco solido ideato da Patricia de Rango, Daniel Fruchart, Albin Chaise, Michel Jehan e Natalyia Skryabina. Il team del Centre National de la Recherche Scientifique ha sviluppato una struttura atomica alternativa alle soluzioni che prevedono lo stoccaggio, sotto forma liquida o gassosa, perché ricorre alla sua trasformazione in materia stabile e solida. L’operazione è sicura, pratica e sostenibile. L’idrogeno può essere conservato per anni, senza degradarsi mai. Il livello di pressione mantenuto resta basso e il disco non reagisce all’aria.
Il segreto di questa modalità di stoccaggio sta nell’impiego di idruro di magnesio (MgH2). Mescolato con additivi metallici, il materiale è capace di immagazzinare chimicamente l’idrogeno. L’aggiunta di grafite espansa alla miscela è necessaria, al fine di gestire il calore gradualmente, man mano che l’idrogeno viene rilasciato. Il tutto è meccanicamente compresso in disco solido. Questo può essere facilmente conservato e trasportato. L’invenzione, già brevettata, è disponibile in commercio. I mercati coinvolti, al momento, sono quello europeo, australiano e giapponese.
Il primo esempio di casa a idrogeno in Italia
A Benevento è stato inaugurato H-ZEB (Hydrogen Zero Emission Building), un’unità immobiliare alimentata a idrogeno e a emissioni zero. L’abitazione si pone principalmente come caso studio e dà l’esempio di come sia effettivamente possibile ideare e realizzare simili infrastrutture. Dal luglio 2022, quando è stato consegnato il cantiere concluso, H-ZEB ha accolto numerose classi dell’Unisannio e svariati professionisti, italiani e non solo, al fine di mostrare loro come funzioni una casa a idrogeno e a zero emissioni.
L’edificio è dotato di un microcogeneratore a celle, alimentato da combustibile a ossidi solidi. Funziona, dunque, sfruttando idrogeno puro. Di proprietà dell’Università degli Studi del Sannio, l’abitazione ospita, a turno, studenti dell’ateneo, che vivono la casa oggetto della sperimentazione e la mantengono funzionale. La cella che alimenta l’unità immobiliare produce sia energia elettrica sia calore. Tutte le soluzioni impiegate sono assolutamente innovative, almeno nel panorama europeo, e costantemente monitorate. Le tecnologie domotiche di cui ci si è serviti rilevano, in tempo reale, eventuali criticità e controllano l’operatività dell’intera casa a idrogeno. Il loro monitoraggio consente agli studenti di mantenere sempre il polso della situazione.
