Riscaldamento a idrogeno: come funziona e quali sono le offerte sul mercato

Gli impianti di riscaldamento ad idrogeno e le loro prospettive future potrebbero essere la soluzione sostenibile ed economica. Scopriamo di che si tratta.

Cos’è il riscaldamento a idrogeno

L’idrogeno è l’elemento più diffuso in natura, presente in tutte le combinazioni organiche ed anche nel gas naturale, composto, infatti, da idrogeno e carbonio. Un impianto di riscaldamento a idrogeno fornisce calore ed energia elettrica all’ambiente domestico sfruttando un sistema di celle alimentate da combustibile a idrogeno.

Oggi ci sono dei microgeneratori a celle combustibili ad idrogeno della grandezza di una grossa valigia.

Se il sistema di riscaldamento ad idrogeno è posto nelle immediate vicinanze di un boiler, si produce anche acqua calda per uso sanitario. Le celle combustibili, infatti, emanano calore sufficiente a riscaldare l’acqua per tutta la casa.

Come funziona il riscaldamento a idrogeno

Le celle combustibili funzionano a idrogeno. Usano per la combustione l’ossigeno, prelevandolo dall’aria, e l’idrogeno, che però non è disponibile in natura allo stato puro, ma viene estratto mediante reforming dal gas naturale, attraverso un dispositivo specifico.

Uno dei sottoprodotti di questa combustione è il monossido di carbonio, molto velenoso e tristemente noto per i tragici incidenti che ha provocato. Però il sistema è in grado di estrarre di nuovo ossigeno che si combina al monossido di carbonio per creare anidride carbonica, che non è pericolosa se inalata.

Le celle a combustibile garantiscono emissioni di gas serra inferiori di un terzo rispetto agli attuali sistemi di riscaldamento. Il tutto senza essere pericolose come una stufa a legna o uno scaldabagno a gas. Tuttavia il loro maggiore svantaggio è rappresentato dai costi di produzione, ancora molto alti.

Ma vediamo meglio a che punto siamo oggi.

Vantaggi del riscaldamento a idrogeno

Rispetto ad un impianto tradizionale, quello che utilizza l’idrogeno come combustibile, ha diversi vantaggi.

• Alta efficienza nella produzione di energia elettrica
• Installazione semplice quanto quella di una caldaia a condensazione compatta
• Piccole dimensioni
• Basse emissioni di CO2: fino al 50 % in meno rispetto ai sistemi tradizionali di produzione di energia elettrica e termica
• Tecnologia ormai sicura e matura, da anni usata in Giappone

Com’è oggi il riscaldamento a idrogeno

Il riscaldamento ad idrogeno è una realtà ancora in evoluzione. Poche aziende propongono sistemi acquistabili anche dai privati e molto resta ancora da fare. Spesso si è ancora ad una fase di prototipo e numerosi gruppi di ricerca sono al lavoro per combinare l’idrogeno ad altre fonti di energia rinnovabili.

Un’idea che si sta sviluppando è l’idrogeno combinato con gli impianti fotovoltaici. Durante il giorno avviene la produzione di energia elettrica, che alimenta un elettrolizzatore che, da parte sua, produce idrogeno. Durante la notte e con l’ausilio di una cella a combustibile, l’idrogeno viene trasformato in corrente elettrica ed in calore.

L’idrogeno quindi accumula l’energia solare per quei periodi in cui non c’è il sole.

Anche il CNR di Messina ha lavorato su un progetto di una caldaia ad idrogeno. Si tratta di una cella a combustibile modificata per fornire calore e riscaldare direttamente l’acqua dell’impianto.

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Esempi di impianto di riscaldamento a idrogeno

Un primo esempio è dato da Sidera-30, una proposta di una azienda italiana – la Ici Caldaie da vari decenni specialista in generatori di calore sia per uso industriale che civile – per il riscaldamento delle case ancora in fase di prototipo. Qui una centrale di co-generazione (elettricità e acqua calda), capace di lavorare oltre che con il metano anche con idrogeno con un’efficienza dell’80%, è coordinata attraverso centraline di erogazione intelligente, per agire in modo differente su ciascun appartamento.

Il prototipo già funziona dentro un laboratorio di ricerca e alcuni edifici di grandi dimensioni. L’idea tecnica di base è nel complesso piuttosto semplice. Quattro celle a combustibile formano il motore primario della centrale convertendo, chimicamente, l’idrogeno in elettricità. Nel processo di riscaldamento sono le celle a scaldarsi “come delle stufette”, mentre un apposito sistema di raffreddamento ne asporta il calore. Elettricità e calore insieme, quindi. Tutto il resto di Sidera è progettato intorno a questo nucleo. Il gas metano va a un reformer che lo converte in idrogeno, e le celle, tramite uno scambiatore di calore, sono collegate ad una caldaia per la produzione dell’acqua calda.

Ci sono però dei limiti economici e tecnici da superare. Le membrane interne per l’elettrolisi dell’idrogeno, ad oggi hanno ancora una vita media di soli due anni. E negli elettrodi è ancora essenziale il platino, metallo iper-costoso e raro, messo però sotto attacco dall’industria mondiale.

Come si alimentano le caldaie a idrogeno

Questi dispositivi sono progettati per utilizzare l’idrogeno come combustibile per generare calore, in alternativa ai combustibili fossili tradizionali. Dal momento che la sua combustione ha come sottoprodotto acqua, non ci sono emissioni di gas serra e CO2.

Esistono vari metodi per alimentare le caldaie, anche se al momento è disponibile la tecnologia ma non le infrastrutture per convogliare l’idrogeno all’utente finale.

• Distribuzione di idrogeno: il gas può essere fornito attraverso una rete di distribuzione simile a quella del gas naturale. Prodotto in grandi impianti di produzione, arriva attraverso tubazioni alle caldaie degli utenti finali. La creazione di una rete di distribuzione di idrogeno su vasta scala richiede un’infrastruttura apposita e un notevole investimento.
• Stoccaggio di idrogeno onsite: il gas può essere immagazzinato in loco, direttamente presso l’edificio o la struttura in cui viene utilizzato. Può essere prodotto tramite elettrolisi dell’acqua, utilizzando l’elettricità proveniente da fonti anche rinnovabili, come l’energia solare. Viene quindi immagazzinato in serbatoi dedicati e utilizzato dalla caldaia quando necessario.
• Caldaie a idrogeno adattate: alcune caldaie tradizionali possono essere adattate per funzionare con l’idrogeno mescolato con il gas naturale. Questo approccio consente una transizione graduale verso l’utilizzo di questo gas come combustibile, poiché le infrastrutture esistenti possono essere utilizzate senza la necessità di modifiche significative. Tuttavia, è importante notare che l’uso di idrogeno in queste caldaie richiede controlli e regolazioni specifiche per garantire una combustione sicura ed efficiente.

È importante ricordare che l’adozione su larga scala di caldaie a idrogeno richiede una pianificazione accurata, investimenti in infrastrutture e tecnologie adeguate, nonché la produzione di idrogeno pulito da fonti rinnovabili. Può essere un’alternativa promettente ai combustibili fossili, ma è ancora in fase di sviluppo e implementazione in molti contesti.

La caldaia ad idrogeno di Viessman

Questo produttore propone un modulo a celle a combustibile ad idrogeno, Vitovalor 300-P, per uso domestico adatto ad essere installato in nuove costruzioni. In pratica è una centrale energetica in miniatura. Accoppia infatti la produzione di energia elettrica a quella termica.

Il modulo è costituito da due unità, una contiene il microgeneratore a celle a combustibile e l’altro una caldaia a condensazione a gas per gestire i picchi di carico, accompagnato da un boiler per la produzione di acqua sanitaria.

Le due unità sono compatte e di piccole dimensioni, coprono infatti una superficie di 0,65 mq.

Vitovalor 300-P ha una potenza termica (20 kW) sufficiente a coprire tutto il fabbisogno energetico grazie all’impiego delle sole celle a combustibile, ma può intervenire la caldaia a condensazione a gas integrare la produzione. Contemporaneamente viene fornita energia elettrica: fino a 15 kWh al giorno.

Il microcogeneratore impiega un modulo a cella a combustibile Panasonic, che ha esperienza di migliaia di installazioni di questo tipo in Giappone.

La soluzione di riscaldamento a idrogeno di Giacomini

Sul fronte aziendale, è stata presentata per la prima volta KlimaHouse la prima caldaia ad idrogeno destinata ai privati. Si tratta del boiler H2ydrogem della piemontese Giacomini.

Anche se i prezzi sembrano ancora troppo elevati per un utilizzo generalizzato, anche se c’è fiducia su un loro progressivo abbassamento.

Insomma, l’energia dall’acqua potrebbe non essere una chimera, in un futuro, anche se per ora i costi rimangono proibitivi per i più.

Riscaldamento ad idrogeno: le nuove frontiere

Ci credereste se vi dicessimo che negli Stati Uniti c’è chi sta portando avanti la produzione di generatori di energia portatili ad idrogeno? Le cose stanno esattamente così. Negli ultimi mesi, oltreoceano si è molto discusso di iHOD Energypod, un generatore di energia portatile a idrogeno.

Si tratta di una piccola sfera portatile, che impiega piccole capsule che producono istantaneamente energia. Ma come funziona? Le capsule contengono due polveri inerti. Quando viene aggiunta acqua alla miscela, viene creato l’idrogeno, che viene immesso nel reattore per produrre elettricità.

Dotato di prese standard, ha anche 3 porte USB grazie alle quali è possibile ricaricare diversi device digitali.

Questo sistema è nato originariamente come un sistema di alimentazione di backup da usare in situazioni estreme (es. dove non arriva la rete elettrica) o in caso di emergenza. Ma in realtà può essere usato sempre. Vanta una potenza in uscita di 95W e chiaramente se oggi non è ancora abbastanza potente per essere usato per il riscaldamento, i produttori stanno lavorando a versioni di prodotto più potenti, collegabili a un boiler.

Non solo: per i produttori si tratta di un sistema intrinsecamente sicuro, dal momento che le polveri sono inerti.

Questo prodotto sarà presto in vendita negli USA a 899$ e ogni capsula con miscela costa 20$. I consumatori americani dovranno quindi fare bene i propri calcoli di convenienza.

Le prospettive future del riscaldamento a idrogeno

Il riscaldamento ad idrogeno non è in sostanza ancora una realtà, ma potrebbe però rivoluzionare lo schema di consumo energetico delle famiglie.

Che non pagherebbero più bollette e spese fisse di condominio ma ciascuna acquisterebbe kilowatt e kilocalorie in base all’effettivo consumo o a decisioni prese in anticipo.

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Ultimo aggiornamento il 29 Marzo 2024 da Rossella Vignoli