Perché il metano sintetico e il syngas sono fondamentali per la transizione energetica verso emissioni zero?

La transizione energetica verso una società a emissioni nette zero impone l’abbandono dei combustibili fossili tradizionali in favore di soluzioni energetiche sostenibili e rinnovabili. In questo contesto, il metano sintetico (elettro-metano) assume un ruolo cruciale grazie alla sua versatilità e al suo valore come vettore energetico. Il metano, infatti, può essere impiegato come combustibile per motori a combustione interna, per riscaldamento, come materia prima nella produzione chimica, come refrigerante, e in molte altre applicazioni. Nonostante la crescente diffusione delle energie rinnovabili, il gas naturale compresso (GNC) e il gas naturale liquefatto (GNL) – composti per oltre l’85-95% da metano – rappresentano risorse insostituibili nel breve termine.

L’efficienza del processo Sabatier, tuttavia, non supera generalmente l’80% in condizioni reali, il che impone un calcolo accurato del fabbisogno di idrogeno e CO₂ per produrre la quantità desiderata di metano. Un esempio pratico riguarda la sostituzione del propano con metano per la cottura domestica: a parità di energia richiesta, la massa di metano necessaria risulta inferiore grazie alla sua maggiore densità energetica, ma la quantità di idrogeno e CO₂ da immettere nel processo deve essere calcolata considerando la resa del processo di metanazione.

Il metano può essere riconvertito in idrogeno e anidride carbonica tramite il reforming con vapore, ma questo processo, se non accompagnato da sistemi di cattura delle emissioni, genera gas serra e quindi produce idrogeno “blu” e non “verde”. In questo senso, il ciclo del metano sintetico si inserisce in una catena energetica circolare che deve però essere gestita con attenzione per minimizzare l’impatto ambientale.

Nel processo SOECD, la riduzione di CO₂ e H₂O al catodo genera CO, H₂ e ioni ossigeno, che vengono trasportati attraverso l’elettrolita solido per formare ossigeno molecolare all’anodo. La composizione del syngas può essere modulata controllando le condizioni operative e la natura del feedstock, permettendo così di adattare il prodotto finale a diverse applicazioni. Sebbene il syngas abbia una densità energetica inferiore rispetto al gas naturale (circa la metà), la sua versatilità come combustibile e come base per carburanti liquidi sintetici lo rende un elemento chiave nell’economia dell’idrogeno e nella decarbonizzazione dei settori energetici più difficili da elettrificare.

È essenziale comprendere che la sostenibilità di queste tecnologie dipende non solo dall’efficienza dei processi chimici ma anche dalla gestione integrata delle emissioni di carbonio. L’impiego di sistemi di cattura e utilizzo del carbonio (CCUS) è imprescindibile per evitare che l’adozione di metano sintetico o syngas diventi fonte di ulteriori emissioni. Inoltre, l’origine rinnovabile dell’idrogeno è fondamentale: solo se prodotto da elettrolisi alimentata da energia verde, l’intero ciclo energetico può definirsi realmente a basso impatto ambientale.

Queste tecnologie, dunque, non rappresentano semplicemente alternative ai combustibili fossili ma componenti di un sistema energetico complesso, che integra produzione, consumo e gestione dei gas serra in un circolo virtuoso. La padronanza di questi meccanismi è cruciale per chiunque voglia affrontare la sfida della decarbonizzazione globale, riconoscendo che la transizione energetica non è solo una questione tecnica, ma anche strategica e gestionale.

Come le Normative Internazionali Sostenano la Sicurezza nell'Utilizzo dell'Idrogeno

L'adozione e l'integrazione dell'idrogeno come risorsa energetica pulita comportano un'attenzione particolare alla sicurezza, dato che l'idrogeno è un gas altamente infiammabile e presenta rischi di esplosioni se non trattato correttamente. Le normative e i codici internazionali sono essenziali per garantire la sicurezza nelle fasi di produzione, stoccaggio, trasporto e utilizzo di idrogeno. Ogni paese o organizzazione internazionale ha sviluppato propri standard che regolano l'infrastruttura dell'idrogeno, ma c'è un ampio consenso riguardo agli aspetti fondamentali da considerare per proteggere sia le persone che l'ambiente.

Le tecnologie di rilevamento sono un esempio di come la sicurezza possa essere monitorata in tempo reale. I sensori di gas, come quelli elettrochimici, sono in grado di misurare la concentrazione di gas sulla base delle reazioni elettrochimiche con un elettrodo di rilevamento. Questi sensori sono fondamentali per rilevare gas tossici come il monossido di carbonio o l'idrogeno solforato. L'utilizzo della luce ultravioletta per ionizzare le molecole di gas, come avviene nei rilevatori a fotoionizzazione, è un altro esempio di come la tecnologia può contribuire a identificare composti organici volatili. Per le situazioni in cui si devono rilevare gas infiammabili come metano o propano, i rilevatori a semiconduttore, che utilizzano semiconduttori a ossido metallico per rilevare cambiamenti di resistenza causati dalla presenza di gas, sono la soluzione ideale.

In ambito internazionale, l'International Organization for Standardization (ISO) ha sviluppato diversi standard per la gestione sicura dell'idrogeno. Il codice ISO 19880-1, ad esempio, si occupa delle stazioni di rifornimento di idrogeno e delle modalità di progettazione e operazione di questi impianti. Altri standard ISO riguardano i sistemi di stoccaggio del gas, come ISO 22734-1 che fornisce linee guida per i generatori di idrogeno a elettrolisi dell'acqua. Questi regolamenti sono fondamentali per assicurarsi che le infrastrutture di idrogeno siano sicure e efficienti, riducendo i rischi di incidenti durante l'uso e il trasporto.

In Europa, la Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking (FCH JU) ha sviluppato una serie di normative che si concentrano sull'uso sicuro e la manipolazione dell'idrogeno. Queste normative si estendono dalla produzione alla distribuzione, trattando ogni segmento della catena di approvvigionamento. Allo stesso tempo, i regolamenti adottati dall'Unione Europea puntano a garantire che le infrastrutture siano progettate in modo sicuro, che siano mantenute costantemente secondo gli standard di qualità e che siano pronte ad affrontare i rischi associati all'uso dell'idrogeno.

I principali organi di regolamentazione a livello mondiale, come il Dipartimento dei Trasporti (DOT) negli Stati Uniti e l'Occupational Safety and Health Administration (OSHA), forniscono linee guida fondamentali per il trasporto sicuro dell'idrogeno, così come per il trattamento e lo stoccaggio nei luoghi di lavoro. Le normative dell'ASME (American Society of Mechanical Engineers) relative alla progettazione dei tubi per il trasporto dell'idrogeno, così come le linee guida per la selezione dei materiali, sono altrettanto cruciali per evitare incidenti dovuti a guasti nelle infrastrutture di tubazioni.

In generale, le normative relative alla sicurezza dell'idrogeno sono vitali per garantire la protezione della salute pubblica e per prevenire danni ambientali. Queste normative, se applicate correttamente, aiutano a ridurre il rischio di incidenti e a garantire che l'idrogeno possa essere utilizzato come fonte di energia in modo sicuro e sostenibile.

È fondamentale comprendere che la sicurezza nell'uso dell'idrogeno non dipende solo dalle normative, ma anche da una corretta applicazione delle stesse, da un continuo aggiornamento delle tecnologie e dei materiali, e da una cultura della sicurezza che coinvolge tutti gli attori della filiera. La conoscenza approfondita delle caratteristiche dell'idrogeno, del suo comportamento in determinate condizioni e delle tecniche di rilevamento e gestione dei rischi è essenziale per ridurre al minimo i pericoli associati a questo gas.