Idrogeno in sostituzione del gas metano per affrontare la crisi energetica

Lo straordinario aumento di prezzo e il rischio di tagli alle forniture di gas metano che l’industria manifatturiera deve affrontare in questi momenti, in particolare in Europa, ha messo i progettisti dell’impiantistica di verniciatura alla ricerca di possibili alternative valide tecnicamente ed economicamente per mantenere in funzione i forni d’asciugatura delle fasi di pretrattamento alla verniciatura e quelli di cottura delle vernici, liquide e in polvere, che si applicano per dare protezione e finitura ai pezzi metallici, plastici e cellulosici e, quando necessario, per trattare le emissioni dei COV ancora contenuti nei prodotti utilizzati.

Focalizziamo qui l’attenzione su una delle possibili opzioni, l’uso di idrogeno, l’elemento più diffuso in tutto l’universo, che ha il vantaggio di evitare l’emissione tipica della combustione del gas, la CO2.

Pur essendo l’elemento più diffuso nell’universo, sulla Terra non si trova mai solo: è sempre combinato con altri elementi (si trova nell’acqua, nel metano, e in altri composti) e richiede molta energia per essere separato dagli atomi cui è legato, per esempio dall’ossigeno nel caso si voglia ottenerlo dall’acqua (è meno costoso rimuoverlo dal metano, ma ciò non offre alcun vantaggio: il metano si utilizza direttamente nei forni per i nostri fini). Infatti l’idrogeno non è una fonte primaria di energia (come lo sono le fonti fossili, carbone, metano, petrolio), dev’essere prodotto artificialmente, spendendo energia. Però funziona perfettamente (e dà un notevole contributo energetico: 1 kg di idrogeno fornisce 142 kj di energia; 1 kg di metano 56 kj; 1 kg di benzina o gasolio 45 kj; 1 kg di legna 16 kj).

PRODUZIONE

Sinteticamente ricapitolato, a fini introduttivi, l’interesse (potenziale) per l’idrogeno, restano due criticità da affrontare. La prima è quella dell’economicità della sua produzione. Poiché per produrre 1 kg di H dall’acqua (elettrolisi) sono necessari circa 45 kW/h (e 8 l d’acqua), è necessario utilizzare elettricità. Nel nostro caso il processo è economicamente (ed energeticamente) sostenibile se l’elettricità viene ottenuta da fonti differenti rispetto al metano: per esempio, utilizzando l’energia nucleare oppure fotovoltaica. In alcuni paesi, come l’Italia, la fonte nucleare non è disponibile.

È invece disponibile, via installazione di pannelli fotovoltaici (ed eventuale serbatoio di stoccaggio per avere a disposizione l’H quando i pannelli non producono), la possibilità di alimentare elettrolizzatori modulari che producano le quantità necessarie (che variano a seconda del o degli impianti di verniciatura installati), Alcune aziende, anche italiane, hanno in catalogo elettrolizzatori adatti allo scopo.

USO

La seconda criticità è la (fattibilità di) modifica immediata o a breve termine dei sistemi di produzione di calore attualmente utilizzati sulle linee di pretrattamento/verniciatura esistenti.

A breve e medio termine, i progettisti dell’impiantistica di verniciatura sono senz’altro in grado di offrire sistemi per utilizzare idrogeno (solo o in miscela con gas metano), anche in combinazione con altre fonti (elettricità, pellet, combustibili alternativi di origine petrolifera).

Inoltre, almeno per i sistemi già installati che utilizzanno pannelli catalici IR (o per la loro installazione immediata o a breve termine) questa seconda criticità è risolta.

VERIFICHE

Infatti, la ditta Infragas mette a disposizione pannelli IR catalitici, il cui catalizzatore funziona con idrogeno. Funzionamento e gamma prodotta sono stati presentati pubblicamente durante i P&E Milano Coating Days.

In anticipo rispetto alla presentazione pubblica abbiamo visitato la sede della Infragas, ricevuti da Francesca Marabotti e Ivan Verzella, che ci hanno mostrato il funzionamento dei pannelli catalitici IR a idrogeno installati nel laboratorio dell’azienda. Oltre ad essere fattibile, l’alimentazione dei pannelli IR con idrogeno permette di ottenere l’emissione IR istantanea, mentre con il metano sono necessari 10 min di preriscaldo.

La squadra tecnica di Infragas, inoltre, ha sottolineato i seguenti vantaggi ottenibili utilizzando idrogeno per i propri pannelli catalitici IR:

• si sostituisce il gas metano senza cambiare nulla nel pannello catalitico IR
• il consumo d’idrogeno è inferiore rispetto a quello del gas, in quanto il calore emesso è tre volte superiore
• i pannelli, nel tunnel o forno di cottura, lavorano nelle stesse condizioni di alta sicurezza dei pannelli IR catalitici a metano (o GPL), e inoltre l’energia infrarossa e la tecnologia catalitica sono combinate con uno speciale sistema di ventilazione che permette di omogeneizzare la temperatura dello stesso tunnel o forno, esattamente come quando alimentati a metano.

Con la tecnologia IR catalitica a idrogeno possono quindi essere perfettamente processate anche le vernici in polvere più reattive, che polimerizzano in 8 minuti a 180 °C (rispetto ai 15-20 minuti in aria calda a 180/200 °C). Sotto il profilo dell’impronta di carbonio, si tratta di una soluzione che consente la sua drastica riduzione: si elimina completamente qualsiasi emissione di CO2, trattandosi in questo caso del solo vapor acqueo).

CONCLUSIONI

L’idrogeno come sostituto tecnico-economico del metano è una opzione già disponibile per i processi di cottura vernici mediante radiazione IR da pannelli catalitici. La produzione di idrogeno cosiddetto “verde”, cioè prodotto in loco a partire da autoproduzione alimentata da fonti rinnovabili ne è una precondizione essenziale dal punto di vista economico e tuttavia, da tener comunque presente nel malaugurato caso di interruzione degli approvvigionamenti.