La ricerca per sviluppare l’idrogeno come fonte di energia pulita che potrebbe frenare la nostra dipendenza dai combustibili fossili potrebbe portare a un luogo inaspettato: il carbone. Un team di scienziati della Penn State ha scoperto che il carbone può rappresentare un potenziale modo per immagazzinare gas idrogeno, proprio come le batterie immagazzinano energia per un uso futuro, affrontando un grosso ostacolo nello sviluppo di una catena di approvvigionamento di energia pulita.
“Abbiamo scoperto che il carbone può essere questa batteria geologica all’idrogeno”, ha detto Shimin Liu, professore associato di energia e ingegneria mineraria alla Penn State. “Potresti iniettare e immagazzinare l’energia dell’idrogeno e averla lì quando ne hai bisogno.”
L’idrogeno è un combustibile a combustione pulita e promette di essere utilizzato nei settori a più alta intensità energetica della nostra economia: trasporti, generazione di elettricità e produzione. Ma rimane ancora molto lavoro per costruire un’infrastruttura per l’idrogeno e renderla una fonte di energia economica e affidabile, hanno affermato gli scienziati.
Ciò include lo sviluppo di un modo per immagazzinare l’idrogeno, che attualmente è costoso e inefficiente. Le formazioni geologiche sono un’opzione intrigante, hanno detto gli scienziati, perché possono immagazzinare grandi quantità di idrogeno per soddisfare i picchi e le valli man mano che la domanda di energia cambia giornalmente o stagionalmente.
“Il carbone è ben studiato e produciamo commercialmente gas dal carbone da quasi mezzo secolo”, ha detto Liu. “Lo capiamo. Abbiamo l’infrastruttura. Penso che il carbone sarebbe il luogo logico per lo stoccaggio geologico dell’idrogeno”.
Per metterlo alla prova, gli scienziati hanno analizzato otto tipi di carbone provenienti dai giacimenti di carbone negli Stati Uniti per comprendere meglio il loro potenziale di assorbimento e diffusione o la quantità di idrogeno che possono contenere.
Tutti e otto i carboni hanno mostrato notevoli proprietà di assorbimento, con il carbone bituminoso a bassa volatilità della Virginia orientale e il carbone antracite della Pennsylvania orientale che hanno ottenuto i risultati migliori nei test, hanno riportato gli scienziati sulla rivista Applied Energy.
“Penso che sia altamente possibile che il carbone possa essere la scelta migliore per lo stoccaggio geologico da una prospettiva scientifica”, ha affermato Liu. “Scopriamo che il carbone supera le altre formazioni perché può contenere di più, ha infrastrutture esistenti ed è ampiamente disponibile in tutto il paese e vicino alle aree popolate”.
I giacimenti di metano del carbone esauriti possono essere i migliori candidati. Questi giacimenti contengono gas naturale non convenzionale come il metano e sono diventati un’importante fonte di energia da combustibili fossili negli ultimi decenni. Il metano si attacca alla superficie del carbone, in un processo chiamato adsorbimento.
Allo stesso modo, l’iniezione di idrogeno nel carbone causerebbe l’assorbimento o l’adesione del gas al carbone. Queste formazioni hanno spesso uno strato di scisto o pietra fangosa sulla parte superiore che funge da sigillo mantenendo il metano, o in questo caso l’idrogeno, sigillato fino a quando non è necessario e pompato indietro, hanno detto gli scienziati.
“Molte persone definiscono il carbone come una roccia, ma in realtà è un polimero”, ha detto Liu. “Ha un alto contenuto di carbonio con molti piccoli pori che possono immagazzinare molto più gas. Quindi il carbone è come una spugna che può contenere molte più molecole di idrogeno rispetto ad altri materiali non di carbonio”.
Gli scienziati hanno progettato attrezzature speciali per condurre gli esperimenti. Il carbone ha un’affinità più debole con l’idrogeno rispetto ad altri gas assorbenti come metano e anidride carbonica, quindi le tradizionali apparecchiature pressurizzate per determinare l’assorbimento non avrebbero funzionato.
“Abbiamo realizzato un design molto nuovo e molto stimolante”, ha detto Liu. “Ci sono voluti anni per capire come farlo correttamente. Abbiamo dovuto progettare correttamente un sistema di esperimenti, tentativi ed errori basati sulla nostra precedente esperienza con carboni e scisti”.
Sulla base dei loro risultati, gli scienziati hanno determinato che i carboni di antracite e semi-antracite sono buoni candidati per lo stoccaggio dell’idrogeno in giacimenti di carbone esauriti, e il carbone bituminoso a bassa volatilità è un candidato migliore per i giacimenti di carbone gassoso.
Lo sviluppo dello stoccaggio dell’idrogeno nelle comunità di estrazione del carbone potrebbe portare nuove opportunità economiche a queste regioni, contribuendo anche a creare l’infrastruttura dell’idrogeno della nazione.
“Nella transizione energetica, sono davvero le comunità del carbone che sono state le più colpite economicamente”, ha detto Liu. “Questa è certamente un’opportunità per riutilizzare la regione del carbone. Hanno già l’esperienza – l’ingegnere energetico e le competenze. Se possiamo costruire un’infrastruttura e cambiare le loro opportunità economiche – penso che sia qualcosa che dovremmo prendere in considerazione”.
Il lavoro futuro si concentrerà sulla diffusività dinamica e sulla permeabilità dinamica del carbone, caratteristiche che determinano la velocità con cui l’idrogeno può essere iniettato e pompato indietro, hanno affermato gli scienziati.
“Penso che Penn State sia il posto giusto per fare tutta questa ricerca: abbiamo le riserve di carbone, abbiamo il gas naturale, abbiamo sia l’ingegneria che le competenze economiche dell’Università”, ha detto Liu. “Questo è il posto logico per farlo.”
Anche Ang Liu, istruttore, John e Willie Leone Family Department of Energy and Mineral Engineering ha contribuito dalla Penn State.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
