Rinnovabili • idrogeno geologico

Cos’è l’idrogeno geologico e perché può rivoluzionare il panorama energetico

Sotto i nostri piedi dormono milioni di tonnellate di idrogeno geologico, fonte energetica pulita che può alimentare il mondo per millenni

idrogeno geologico
via depositphotos

I geologi di tutto il mondo stanno lavorando per mappare l’idrogeno geologico e capire come sfruttarlo

(Rinnovabili.it) – Sulle reali potenzialità dell’idrogeno per la decarbonizzazione dei nostri sistemi energetici, si dibatte molto. A una schiera di entusiasti e tifosi della tecnologia, risponde spesso un’ancor più nutrita falange di scettici. Se finora non ha funzionato, sostengono, perché dovrebbe cominciare adesso? Se occorre una discreta quantità di energia da spendere nel processo produttivo, come può diventare una filiera economicamente sostenibile? A tutte queste domande potrebbe rispondere l’US Geological Survey (USGS), grazie a un lavoro di modellizzazione in corso per comprendere le reali potenzialità dell’idrogeno geologico, cioè quello racchiuso nei serbatoi naturali sepolti nelle profondità della crosta terrestre.

La versione naturale, chiamata anche “idrogeno bianco” o “idrogeno dorato”, se sfruttata in modo sostenibile, potrebbe rappresentare il giro di boa che dà la rivincita a un settore finora rimasto tra il sogno e la realtà. Tramite questa fonte sarebbe possibile, secondo gli scienziati, plasmare il nostro panorama energetico, specialmente in relazione a settori in cui l’elettrificazione non è una soluzione diretta. Basti pensare, per avere un’idea, ai voli di lungo raggio o al riscaldamento industriale.

L’eccitazione per la scoperta dei depositi sotterranei è palpabile. L’USGS sta cavalcando l’onda, guidando un ambizioso progetto che – oltre ai modelli previsionali – esplora la possibilità di utilizzo delle tecniche estrattive delle compagnie del petrolio e del gas per svolgere il recupero dell’idrogeno. 

Forniture potenziali per migliaia di anni

Secondo i loro modelli, sotto la crosta terrestre si troverebbe un volume medio di idrogeno che potrebbe soddisfare la domanda globale per migliaia di anni. Ma c’è un ostacolo. Gran parte di questo gas è probabilmente intrappolato in regioni troppo inaccessibili o economicamente non vantaggiose per recuperarlo. Pur mantenendo aperti questi interrogativi, i geologi americani restano ottimisti. Se anche una frazione di questo volume stimato diventasse accessibile, sostengono, potremmo trovarci di fronte a una risorsa in grado di alimentare il nostro mondo per secoli. Resta del lavoro da fare: intanto, capire dove si trovino questi depositi esattamente. Poi, come estrarre il gas in modo economico.

Il team dell’USGS sta mappando regioni degli Stati Uniti con una geologia favorevole per una estrazione abbondante di questo idrogeno bianco. La pianura costiera dal lato atlantico e il centro del paese sembrano le zone più favorevoli. Qui c’è abbondanza di strati rocciosi ricchi di ferro e resti di un antico rift che potrebbe ospitare vaste quantità di minerali capaci di formare idrogeno. Nonostante questo, occorre acquisire altri elementi: in particolare, capire se questa elevata capacità produttiva si accoppia alla presenza di strutture che hanno favorito lo stoccaggio dell’H2. Se le formazioni rocciose, infatti, non hanno la conformazione adatta, tutto questo lavoro svolto dalla natura in ere geologiche potrebbe semplicemente essere andato perso o non essere sfruttabile.

Idrogeno Bianco, oltre i modelli teorici

Mentre la caccia all’H2 bianco continua, il team dell’USGS non si accontenta di operare solo tramite modelli teorici. Gli scienziati americani stanno sviluppando strumenti e strategie di esplorazione, traendo ispirazione dall’industria dell’oil&gas e da quella mineraria. Probabilmente però, se si passerà allo sfruttamento commerciale, sarà necessario sviluppare strumenti ad hoc. L’ipotesi è infatti che macchinari in acciaio utilizzati dalle industrie fossili possano essere rovinati dal contatto con l’idrogeno, e che serva dunque sviluppare tecnologie specifiche. Forse si potrebbe perfino sfruttare l’H2 non ancora prodotto da alcune formazioni rocciose, stimolandole a produrlo. Secondo alcuni esperti, si potrebbero utilizzare iniezioni di acqua calda nelle rocce ricche di ferro, che attualmente non generano idrogeno, per attivare il processo. Si tratterebbe, in questo caso, di un metodo simile alla produzione potenziata di energia geotermica.

Tutto questo lavoro resta in fase sperimentale, ma ci si attende un primo risvolto pratico con la pubblicazione delle stime sulle risorse globali e di una mappa delle risorse potenziali sfruttabili. 

L’idrogeno geologico dietro casa nostra

Nel frattempo, a pochi passi da casa nostra e precisamente nella regione francese della Lorena, il CNRS ha scoperto recentemente un enorme deposito di idrogeno naturale. Potrebbe essere il più grande al mondo ed è stimato in circa 46 milioni di tonnellate. I geologi, inizialmente impegnati nello studio di un giacimento di metano, hanno analizzato le acque tra le rocce a una profondità di 1200 metri e hanno sorprendentemente rilevato elevate percentuali di idrogeno libero, suggerendo concentrazioni superiori al 90% a 3000 metri di profondità. La Lorena, con la sua storia di miniere di carbone, potrebbe quindi scrivere una nuova pagina più verde. Ma prima i geologi devono confermare la distribuzione uniforme e la concentrazione stimata di idrogeno nelle profondità. Il che significa, nella pratica la realizzazione di carotaggi che arrivino a 3000 metri di profondità. Sognare però non costa nulla, tantopiù che le risposte arriveranno in tempo breve. E potrebbero essere davvero incoraggianti.


Rinnovabili • Turbine eoliche ad asse verticale

Turbine eoliche ad asse verticale, efficienza migliorata del 200%

Dall'EPFL svizzero il primo studio che applica un algoritmo di apprendimento automatico alla progettazione della pale delle turbine VAWT

Turbine eoliche ad asse verticale
via depositphotos

Nuovi progressi per le turbine eoliche ad asse verticale

Un aumento dell’efficienza del 200% e una riduzione delle vibrazioni del 70%. Questi due dei grandi risultati raggiunti nel campo delle turbine eoliche ad asse verticale,  presso l’UNFoLD, il laboratorio di diagnostica del flusso instabile della Scuola Politecnica Federale di Losanna (EPFL). Il merito va a Sébastien Le Fouest e Karen Mulleners che, in un’anteprima mondiale hanno migliorato questa specifica tecnologia impiegando un algoritmo di apprendimento automatico.

leggi anche Ragni giganti in metallo per l’installare l’eolico offshore

Turbine eoliche VAWT, vantaggi e svantaggi

Si tratta di un progresso a lungo atteso dal comparto. Le turbine eoliche ad asse verticale o VAWT per usare l’acronimo inglese di “Vertical-axis wind turbines” offrono sulla carta diversi vantaggi rispetto ai classici aerogeneratori ad asse orizzontale. Ruotando attorno ad un asse ortogonale al flusso in entrata, il loro lavoro risulta indipendente dalla direzione del vento, permettendogli di funzionare bene anche nei flussi d’aria urbani. Inoltre offrono un design più compatto e operano a frequenze di rotazione più basse, il che riduce significativamente il rumore e il rischio di collisione con uccelli e altri animali volanti. E ancora: le parti meccaniche della trasmissione possono essere posizionate vicino al suolo, facilitando la manutenzione e riducendo i carichi strutturali.

Perché allora non sono la scelta dominante sul mercato eolico? Come spiega lo stesso Le Fouest, si tratta di un problema ingegneristico: le VAWT funzionano bene solo con un flusso d’aria moderato e continuo. “Una forte raffica aumenta l’angolo tra il flusso d’aria e la pala, formando un vortice in un fenomeno chiamato stallo dinamico. Questi vortici creano carichi strutturali transitori che le pale non possono sopportare“, scrive Celia Luterbacher sul sito dell’EPFL.

Energia eolica e algoritmi genetici

Per aumentare la resistenza, i ricercatori hanno cercato di individuare profili di inclinazione ottimali.  Il lavoro è iniziato montando dei sensori, direttamente su una turbina in scala ridotta, a sua volta accoppiata ad un ottimizzatore funzionante con algoritmi genetici di apprendimento. Di cosa si tratta? Di una particolare tipologia di algoritmi euristici basati sul principio della selezione naturale.

Quindi muovendo la pala avanti e indietro con angoli, velocità e ampiezze diverse, hanno generato una serie di profili di inclinazione. “Come in un processo evolutivo, l’algoritmo ha selezionato i profili più efficienti e robusti e ha ricombinato i loro tratti per generare una ‘progenie’ nuova e migliorata”. Questo approccio ha permesso a Le Fouest e Mulleners non solo di identificare due serie di profili di passo che contribuiscono a migliorare significativamente l’efficienza e la robustezza della macchina, ma anche di trasformare la più grande debolezza delle turbine eoliche ad asse verticale in un punto di forza. I risultati sono riportati su un articolo recentemente pubblicato sulla rivista Nature Communications.

leggi anche Il primo parco eolico galleggiante d’Italia ottiene l’autorizzazione

Rinnovabili •
About Author / Stefania Del Bianco

Giornalista scientifica. Da sempre appassionata di hi-tech e innovazione energetica, ha iniziato a collaborare alla testata fin dalle prime fasi progettuali, profilando le aziende di settore. Nel 2008 è entrata a far parte del team di redattori e nel 2011 è diventata coordinatrice di redazione. Negli anni ha curato anche la comunicazione e l'ufficio stampa di Rinnovabili.it. Oggi è Caporedattrice del quotidiano e, tra le altre cose, si occupa quotidianamente delle novità sulle rinnovabili, delle politiche energetiche e delle tematiche legate a tecnologie e mercato.