Idrogeno liquido o gassoso: quale scegliere per uso industriale?
La scelta della modalità di fornitura dell'idrogeno allo stato liquido o gassoso dipende da diversi fattori, tra cui il processo industriale di destinazione, lo stoccaggio, il trasporto e la purezza richiesta dal processo stesso.
Highlights
• Idrogeno liquido: fluido criogenico ultrapuro ad elevata densità, liquefa a temperature estremamente basse (20 Kelvin a pressione atmosferica o -253 °C a 1,013 bar).
• Idrogeno liquido: grande concentrazione di energia. Ideale per la propulsione spaziale, marittima, aeronautica e come vettore riogenico.
• Idrogeno gassoso: meno oneroso da produrre (rispetto alla liquefazione) e da stoccare (serbatoi non criogenici e senza boil-off).
• Idrogeno gassoso: utilizzato nelle principali applicazioni industriali: combustione, chimica, metallurgia, trattamenti termici, celle a combustibile
La scelta tra l'idrogeno in fase liquida o in fase gassosa ad alta pressione dipende principalmente dal suo impiego finale. Alcune applicazioni impongono l'uso della fase liquida, mentre in altri casi la scelta tra stato liquido e gassoso è determinata da fattori pratici ed economici.
Sebbene molte applicazioni impieghino l'idrogeno sotto forma gassosa, la molecola può essere consegnata e stoccata allo stato liquido presso il sito di utilizzo qualora i volumi richiesti siano elevati e lo spazio di stoccaggio ridotto.
Ciò consente non solo di ottimizzare il trasporto riducendo il numero di viaggi, ma anche di stoccare quantitativi maggiori.
Idrogeno liquido: casi d'uso e settori chiave
Alcune tecnologie richiedono necessariamente l'idrogeno allo stato liquido: è il caso della propulsione di veicoli spaziali, ma anche dei test e dello sviluppo di soluzioni innovative come l'iniezione diretta per la mobilità pesante terrestre, navale e aerospaziale. Viene inoltre utilizzato per le sue proprietà termiche di freddo estremo nei progetti di ricerca scientifica, al fine di mantenere a temperature criogeniche apparecchiature critiche come i telescopi spaziali. Air Liquide propone idrogeno allo stato liquido, naturalmente ultrapuro, fornito direttamente presso il vostro sito tramite la propria flotta di cisterne criogeniche e soluzioni di trasporto marittimo dedicate.
Idrogeno gassoso: lo standard dei processi industriali
L'idrogeno gassoso viene impiegato nella maggior parte delle applicazioni industriali: come vettore energetico nella combustione all'interno di forni per cementerie e vetrerie, nella chimica e per l’idrogenazione dei grassi, per la propulsione dei nuovi veicoli elettrici alimentati da celle a combustibile, o ancora per i trattamenti termici dei metalli.
L'idrogeno gassoso ad alta pressione rappresenta la soluzione tradizionale per la maggior parte degli impieghi industriali.
Air Liquide offre soluzioni in bombole, pacchi bombole e carri bombolai (semirimorchi) a 200 e 300 bar, consegnate presso il vostro stabilimento con la qualità e la purezza idonee per i vostri nuovi progetti o fabbisogni industriali consolidati.
La scelta della liquefazione dell'idrogeno: vantaggi e limiti
I vantaggi dell'idrogeno liquido: logistica ottimizzata e purezza estrema
La liquefazione consente di incrementare la densità dell'idrogeno e di stoccare un numero maggiore di molecole in serbatoi di dimensioni ridotte. La sua massa volumica (la quantità di materia contenuta in un dato volume) è estremamente elevata: 1 kg di idrogeno liquido a pressione atmosferica occupa infatti 14 litri, contro gli 11.000 litri dell'idrogeno gassoso nelle stesse condizioni. Una cisterna criogenica per LH2 può trasportare circa 4 tonnellate di idrogeno, mentre un carro bombolaio (tube trailer) a 300 bar ne contiene nettamente meno di una tonnellata di GH2 (idrogeno gassoso).
I vantaggi logistici e di stoccaggio sono concreti. La liquefazione a -253 °C garantisce inoltre la purificazione del prodotto, poiché a queste temperature estreme tutte le impurità, ad eccezione dell'elio, si solidificano, consentendo di ottenere un grado di purezza di almeno il 99,999 %.
Le sfide dell'idrogeno liquido: consumo energetico e sicurezza criogenica
La liquefazione dell'idrogeno è un processo ad elevato consumo energetico, che assorbe circa il 30 % del suo contenuto energetico intrinseco. Ciononostante, i vantaggi in termini di trasporto e logistica giustificano economicamente tale consumo.
L'idrogeno liquido richiede una gestione improntata alla massima sicurezza. Oltre alle criticità proprie della molecola di H2, è indispensabile considerare i rischi criogenici e il fenomeno dell'espansione di volume che si verifica durante la transizione dalla fase liquida a quella gassosa.
Gli operatori devono indossare idonei Dispositivi di Protezione Individuale (DPI); gli impianti devono essere progettati con materiali resilienti all'infragilimento da freddo e lo stoccaggio avviene di norma in serbatoi sotto vuoto ad isolamento multistrato (MLI – Multi-Layer Insulation) dotati di sistemi di gestione del boil-off.
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