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Produzione di idrogeno mediante solare termodinamico

    L’ENEA ha depositato un nuovo brevetto che consiste in un processo per la produzione di idrogenoidrogeno
    Primo elemento della tavola periodica, presente sulla Terra in forma combinata, soprattutto nell’acqua e nei composti organici. Esso è costituito da 3 isotopi: prozio (cioè l’idrogeno propriamente detto) per più del 99.9 %, il deuterio e il trizio. La forma molecolare dell’idrogeno (H2) dà origine ad un gas inodore, incolore, altamente infiammabile e molto più leggero dell’aria (ecco perché lo si trova in bassissime concentrazioni in atmosfera).
    e una miscela di gas comburenti ossigeno – anidride carbonica anidride carbonica
    (CO2CO2
    Gas inodore, incolore e non infiammabile, la cui molecola è formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno. È uno dei gas più abbondanti nell’atmosfera, fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali (fotosintesi e respirazione).

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    Gas inodore, incolore e non infiammabile, la cui molecola è formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno. È uno dei gas più abbondanti nell’atmosferaatmosfera
    Involucro di gas e vapori che circonda la Terra, costituito prevalentemente da ossigeno e da azoto, che svolge un ruolo fondamentale per la vita delle specie, perché fa da schermo alle radiazioni ultraviolette provenienti dal Sole. Essa si estende per oltre 1000 km al di sopra della superficie terrestre ed è suddivisa in diversi strati: troposfera (fino a 15-20 chilometri), stratosfera (fino a 50-60 chilometri), ionosfera (fino a 800 chilometri) ed esosfera.
    , fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali (fotosintesi e respirazione).privi di azotoazoto
    Elemento chimico costituente il 78% dell’aria in volume. L’uso commerciale più diffuso dell’azoto è nella produzione di ammoniaca, sostanza costituente dei fertilizzanti. L’azoto liquido è impiegato anche come refrigerante per il trasporto di alimenti.
    , a partire da vapore acqueo, mediante l’impiego di fonti energetiche rinnovabilifonti energetiche rinnovabili
    Chiamate anche fonti rinnovabili: fonti energetiche rinnovabili non fossili (eolica, solare, geotermica, del moto ondoso, maremotrice, idraulica, biomasse, gas di discarica, gas residuati dai processi di depurazione e biogas). In particolare, per biomasse si intende: la parte biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui provenienti dall’agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali) e dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, nonché la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani (D.lgs 29 dicembre 2003, n. 387 in attuazione della DIR. 2001/77/CE).
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    La produzione di idrogeno avviene ad alta temperatura, oltre i 500°C mediante un processo di elettrolisielettrolisi
    È un processo che utilizza energia elettrica per rompere i legami chmici delle molecole facendo avvenire una reazione che, in natura, non avverrebbe spontaneamente. Le sostanze sottoposte ad idrolisi vengono scomposte nei loro elementi costitutivi. L’etimolgia della parola deriva dal greco e significa “rottura con l’elettricità”.
    a carbonati fusi, in cui vapore acqueo e anidride carbonica vengono trasformati in idrogeno, ossigeno e anidride carbonica.

    Il processo di elettrolisi viene realizzato secondo uno schema di impianto a ciclo chiuso con recupero della anidride carbonica. L’idrogeno prodotto è inviato alla distribuzionedistribuzione
    Attività di trasporto (di elettricità o di gas) agli utilizzatori finali attraverso le reti di distribuzione.
    , mentre la miscela di gas comburenti O2-CO2 è utilizzata all’interno dell’impianto stesso in processi di combustionecombustione
    Processo chimico esotermico (ovvero che comporta sviluppo di calore) in cui il combustibile si combina con l’ossigeno presente nell’aria oppure appositamente separato (comburente). La reazione di combustione avviene previo innesco localizzato (accensione).
    in ossigeno (ossi-combustione), dove il gas di combustione, rappresentato dalla sola anidride carbonica viene recuperato e riutilizzato per il processo di elettrolisi. L’anidride carbonica in eccesso può anche essere catturata senza alcuna difficoltà con conseguente assenza di emissioneemissione
    Qualsiasi sostanza solida, liquida o gassosa introdotta nell’atmosfera a seguito di processi naturali o antropogenici, che produce direttamente o indirettamente un impatto sull’ambiente.
    di fumi in atmosfera.

    Il vapore e l’elettricità necessari a far avvenire la reazione sono forniti da impianti solari a concentrazione con accumulo di calore, in particolare da impianto solare termodinamico.

    L’impianto solare produce vapore ad alta temperatura e pressione regolabile, che in parte va alla produzione di energia elettricaenergia elettrica
    Forma di energia ottenibile dalla trasformazione di altre forme di energia primaria (combustibili fossili o rinnovabili) attraverso tecnologie e processi di carattere termodinamico (ovvero che coinvolgono scambi di calore) che avvengono nelle centrali elettriche. La sua qualità principale sta nel fatto che è facilmente trasportabile e direttamente utilizzabile dai consumatori finali. Si misura in Wh (wattora), e corrisponde all’energia prodotta in 1 ora da una macchina che ha una potenza di 1 W.
    in una turbina a vaporeturbina a vapore
    La turbina è il componente di una centrale termoelettrica dove l’energia termodinamica del vapore viene convertita in lavoro meccanico. Il vapore, infatti, esercita un lavoro sulle pareti dei condotti, man mano che diminuisce la sua pressione, cioè man mano che si espande. Questo lavoro, mette in rotazione un albero motore collegato ad un generatore elettrico.
    e in parte va alle celle elettrolitiche a carbonati fusi.

    L’energiaenergia
    Fisicamente parlando, l’energia è definita come la capacità di un corpo di compiere lavoro e le forme in cui essa può presentarsi sono molteplici a livello macroscopico o a livello atomico. L’unità di misura derivata del Sistema Internazionale è il joule (simbolo J)
    elettrica necessaria al processo può essere fornita anche dalla rete elettricarete elettrica
    Insieme delle linee elettriche, delle stazioni elettriche e delle cabine elettriche adibite alle operazioni di trasmissione e distribuzione dell’elettricità. La rete elettrica può essere ad alta tensione (da 40 a 380 kV), a media tensione (da 1 a 30 kV) o bassa tensione (380 V).
    con il contributo di altre fonti rinnovabilifonti rinnovabili
    Una risorsa è detta rinnovabile se, una volta utilizzata, è in grado di rigenerarsi attraverso un processo naturale in tempistiche paragonabili con le tempistiche di utilizzo da parte dell’uomo. Sono considerate quindi risorse rinnovabili:
    – il sole
    – il vento
    – l’acqua
    – la geotermia
    – le biomasse
    , eolico, idroelettrico, fotovoltaico.

    Il processo messo a punto è altamente efficiente e affidabile, con impatto ambientaleimpatto ambientale
    L’insieme degli effetti (diretti e indiretti, nel breve o nel lungo termine, positivi o negativi, ecc..) che l’avvio di una determinata attività ha sull’ambiente naturale circostante.
    ridotto dovuto al risparmio dei combustibili fossili (gas naturalegas naturale
    Idrocarburo che ha un’origine simile al petrolio, che si forma a partire dalla decomposizione anaerobica (cioè in assenza di ossigeno (O2) di microorganismi, attraverso processi biologici avvenuti nel corso delle ere geologiche. La composizione del gas naturale varia notevolmente a seconda del sito di formazione, ma in genere presenta un’alta percentuale di metano (dal 70 al 95 %), anidride carbonica (CO2), azoto (N2) e idrogeno solforato (H2S).
    , petroliopetrolio
    Combustibile di colore da bruno chiaro a nero, costituito essenzialmente da una miscela di idrocarburi. Si è formato per azioni chimiche, fisiche e microbiologiche da resti di microorganismi (alghe, plancton, batteri) che vivevano in ambiente marino addirittura prima della comparsa dei dinosauri sulla terra. I principali composti costituenti del petrolio appartengono alle classi delle paraffine, dei nafteni e degli aromatici, che sono composti organici formati da carbonio e idrogeno e le cui molecole sono disposte secondo legami di varia natura.
    , carbonecarbone
    Il carbone è una roccia sedimentaria composta prevalentemente da carbonio, idrogeno e ossigeno. La sua origine, risalente a circa 300 milioni di anni fa, deriva dal deposito e dalla stratificazione di vegetali preistorici originariamente accumulatisi nelle paludi. Questo materiale organico nel corso delle ere geologiche ha subito delle trasformazioni chimico-fisiche sotto alte temperature e pressioni. Attraverso il lungo processo di carbonizzazione questo fossile può evolvere dallo stato di torba a quello di antracite, assumendo differenti caratteristiche che ne determinano il campo d’impiego.
    I carboni di formazione relativamente più recente (ovvero di basso rango) sono caratterizzati da un’elevata umidità e da un minore contenuto di carbonio, quindi sono ‘energeticamente’ più poveri, mentre quelli di rango più elevato hanno al contrario umidità minore e maggiore contenuto di carbonio.
    ) e alla riduzione/assenza delle emissioni di gas clima-alteranti, rispetto ai convenzionali processi industriali per la produzione di idrogeno.

    Il brevetto, realizzato da Stefano Frangini e Pietro Tarquini dell’Unità Tecnica Fonti Rinnovabili ENEA, è stato depositato il 15 ottobre 2012 (n. RM2012A000490). È consultabile nella banca dati Brevetti ENEA dal 25 ottobre 2012 ed è disponibile per il licensing.

    Fonte: ENEA, 31/10/2012

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