La plasmalisi è una tecnologia elettrochimica in grado di produrre idrogeno da metano

SPECIALE IDROGENO. La plasmalisi è una tecnologia elettrochimica in grado di produrre idrogeno da metano, acque reflue di impianti di depurazione o liquami ad alta efficienza energetica, senza produzione di anidride carbonica, a basso costo e con resa elevata.

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Argomenti trattati

La plasmalisi per produrre idrogeno

   Introduzione

   Che cos’è la plasmalisi?

   Qual è la differenza tra questo processo e la pirolisi?

   Il ruolo della plasmalisi del metano nella transizione ecologica



Introduzione

Il 90% della crescente domanda mondiale di energia è soddisfatta dai combustibili fossili  e dal carbone. Di conseguenza si osserva un continuo aumento del livello di CO2 nell'atmosfera. A questo si aggiunge l’esaurimento delle riserve di combustibili fossili in quanto non sono risorse rinnovabili.

Il cambiamento climatico come conseguenza dell'aumento del livello di CO2 è stato identificato come una delle sfide più critiche per l'umanità e richiede un'azione immediata. 

E’ necessario raggiungere una significativa riduzione delle emissioni di CO2 entro il 2050 ciò implica che l'umanità deve trasformare la sua tecnologia energetica da una base fossile a una rinnovabile. 

Il processo di riformazione del metano a vapore (SMR) è considerato un'opzione praticabile per soddisfare la crescente domanda di idrogeno, principalmente a causa della sua capacità di produzione di massa di idrogeno e della maturità della tecnologia.

 L‘elettrolizzatori al plasma sono dei nuovi impianti in grado di produrre idrogeno da diversi composti chimici.

Che cos’è la plasmalisi?

La tecnologia si basa sull'uso di elettricità verde per generare un campo di plasma ad alta frequenza. Questo campo divide i composti di azoto, idrogeno e carbonio ad alta energia nella materia prima in atomi che poi si combinano per formare molecole di idrogeno e altri gas industriali nel campo di plasma.

(Credit. Graforce)

L'idrogeno è più strettamente legato nell'acqua che in altri composti chimici. Per questo motivo, questa tecnica  richiede molta meno energia rispetto ai processi di elettrolisi. I costi scendono da una media di 6-8 euro a soli 1,5-3 euro per kg di idrogeno (fonte Graforce).

Un singolo impianto da 20 megawatt può convertire circa 70.000 tonnellate di GNL in idrogeno all'anno e risparmiare circa 200.000 tonnellate di CO2.

Qual è la differenza tra questo processo e la pirolisi?

La pirolisi è un processo termochimico in cui il metano viene scisso in idrogeno e carbonio solido ad alte temperature con l'esclusione virtuale dell'ossigeno. A parte questo, i due processi sono molto simili. Rispetto all'elettrolisi, hanno bisogno solo di circa un quinto dell'energia per generare la stessa quantità di idrogeno. I legami carbonio-idrogeno nel metano (CH₄) sono notevolmente più facili da rompere rispetto ai legami idrogeno-ossigeno nell'acqua (H₂O). Attualmente, la pirolisi non è sufficientemente matura per l'uso industriale, sebbene i primi impianti dimostrativi siano previsti in Germania.

Il ruolo della plasmalisi del metano nella transizione ecologica

In termini di ingegneria di processo, il biogas sostenibile viene utilizzato per la plasmalisi del metano. L'idrogeno verde così prodotto può essere utilizzato direttamente per la generazione di calore ed elettricità senza CO₂ in impianti di cogenerazione alimentati a idrogeno, caldaie per riscaldamento o celle a combustibile SOFC.

Il carbonio elementare, che si forma nel processo di plasma lisi, può essere utilizzato come materia prima industriale, ad es. per la produzione di asfalto, calcestruzzo o cemento o per il miglioramento del suolo. Ciò significa che la CO₂ viene rimossa dal ciclo a lungo termine, con conseguente esenzione dalla carbon tax.

 

Riferimenti

BP, Statistical Review of World Energy. (2021).

Peakoil

Andreas Borgschulte, The Hydrogen Grand Challenge, Front. Energy Res., Sec. Hydrogen Storage and Production, Volume 4 - 2016

Dmove.it, Cos’è l’idrogeno nero e grigio? Si ricava da carbone e metano, le fonti odiate (ma diffuse)

RMI, Energia pulita 101: Idrogeno

ENEA,  I ‘colori’ dell’idrogeno nella transizione energetica

Hydrogen Europe,  Hydrogen - a carbon-free energy carrier and commodity, novembre 2021

Convington, New Definitions for Blue and Green Hydrogen: The European Commission’s Package on Hydrogen and Decarbonized Gas Markets

GlobalData, Hydrogen

Kompakt, Pyrolysis, ottobre 2022

Lee et al., Scenario-Based Techno-Economic Analysis of Steam Methane Reforming Process for Hydrogen Production, Appl. Sci. 2021, 11(13), 6021; https://doi.org/10.3390/app11136021

Energoclub, steam reforming

Idrogeno da combustibili fossili, steam reforming Idrogeno dalla gassificazione delle biomasse

 



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