Stoccaggio dell’Idrogeno – Il Carburante per Jet a Base di Lignina è la Risposta?

Mettere l’Idrogeno al Lavoro

Electrificazione con le batterie potrebbe non essere sufficiente a sostituire i combustibili fossili nei trasporti, soprattutto nella navigazione e nei viaggi aerei. Lo stesso vale per i processi industriali che richiedono temperature molto elevate. Anche con i recenti miglioramenti della tecnologia delle batterie, l’elettricità è difficile da immagazzinare senza batterie pesanti o troppo ingombranti.

Un’alternativa considerata da tempo è l’idrogeno. Poiché l’idrogeno verde può essere prodotto da energia rinnovabile, sarebbe un buon modo per convertire l’energia verde in un combustibile liquido denso.

Tuttavia, l’idrogeno verde è rimasto indietro rispetto ad altre soluzioni verdi per due ragioni: la produzione di idrogeno è costosa e la sua immagazzinamento è difficile.

La questione della produzione viene affrontata da molteplici angolazioni, partendo dall’elettrolisi dell’acqua tradizionale, come, ad esempio, fotosintesi artificiale, microonde e ossido di cerio, o elettrolisi a base di nichel, utilizzando scarti metallici.

L’immagazzinamento è una questione più complessa, poiché l’idrogeno è molto volatile, infiammabile e difficile da contenere essendo l’atomo più piccolo possibile. Per questo è significativo che gli scienziati potrebbero aver compiuto una svolta su questo tema.

I ricercatori che lavorano presso la Washington State University, il Pacific Northwest National Laboratory, l’University of New Haven e Natural Resources Canada hanno pubblicato i loro risultati nell’International Journal of Hydrogen Energy, sotto il titolo “Deidrogenazione in situ del carburante per jet a base di lignina: un nuovo e sostenibile vettore organico liquido di idrogeno”¹.

Stoccaggio e Trasporto dell’Idrogeno

Il gas idrogeno è una delle molecole più piccole dell’Universo, composta da soli due dei più leggeri atomi della tavola periodica. Di conseguenza, tende ad avere alcune caratteristiche indesiderabili per un vettore energetico:

• Bassa densità.
• Volatile e infiammabile.
• Difficile da contenere, poiché perde attraverso i legami molecolari del suo contenitore.

Tutti questi aspetti dell’idrogeno tendono a rendere il suo stoccaggio e trasporto costosi e tecnicamente complessi.

La tendenza a reagire con l’acciaio e renderlo fragile non aiuta nemmeno, poiché implica la necessità di un gasdotto specializzato per l’idrogeno per il trasporto a lunga distanza, invece della rete di gasdotti più economica utilizzata dal gas naturale.

Un’idea per evitare questi problemi è convertire l’idrogeno in ammoniaca, un combustibile liquido molto più facile da gestire. Tuttavia, ciò riduce l’efficienza complessiva del processo. Un’economia basata sull’ammoniaca dovrebbe inoltre costruire da zero la propria infrastruttura.

Carburante a Base di Lignina

Una nuova alternativa proposta dai ricercatori è utilizzare un carburante sperimentale a base di lignina, un polimero organico presente nelle piante. Il carburante è stato sviluppato nel laboratorio del Prof. Bin Yang e analizzato con risonanza magnetica nucleare (NMR) al Pacific Northwest National Laboratory.

Fonte: Washington State University

Questo era stato precedentemente sviluppato e dimostrato che i rifiuti vegetali dell’agricoltura possono essere trasformati in carburante per aviazione sostenibile. Questa miscela di carburante era anche più densa di energia rispetto ai prodotti a base di combustibili fossili, e riduceva l’inquinamento sostituendo le molecole aromatiche (cicli del carbonio) normalmente aggiunte al carburante per aviazione.

Fonte: International Journal of Hydrogen Energy

Carburante a Base di Lignina che Trasporta Idrogeno

La nuova ricerca ha dimostrato che questo carburante sostenibile per aviazione a base di lignina può essere usato come vettore di idrogeno, senza richiedere cambiamenti chimici che consumano energia come nella produzione di ammoniaca.

Funziona facendo sì che il carburante jet a base di lignina (LJF) rilasci gli atomi di idrogeno contenuti in esso (mono-, di- e triciclossicliclialcani) quando è esposto a nanoparticelle di platino su alumosilicato cristallino.

I ricercatori hanno chiamato questo processo Lignin Jet Fuel-based Liquid Organic Hydrogen Carrier (LJF-HyC).

La parte del carburante jet a base di lignina che trasporta idrogeno è stata stimata mediante risonanza magnetica nucleare (NMR) a rappresentare il 18,5% del totale.

“Questa nuova tecnologia basata sul carburante jet a base di lignina potrebbe consentire un immagazzinamento efficiente e ad alta densità di idrogeno in un carburante per aviazione sostenibile e facile da gestire, eliminando la necessità di serbatoi pressurizzati per lo stoccaggio e il trasporto.”

Prof. Bin Yang – Professore presso Washington State University

Utilizzare le Infrastrutture Esistenti

Ciò che rende interessante questo processo è che esiste già un’infrastruttura massiccia per il trasporto di carburante jet e altri carburanti liquidi simili. Quindi, invece di cercare di immagazzinare e trasportare idrogeno puro, il LJF potrebbe essere usato per trasportare idrogeno dal punto A al punto B.

Potrebbe anche essere facilmente usato per immagazzinare idrogeno, poiché lo stoccaggio del carburante jet è comunemente utilizzato ed economico.

“Questa innovazione offre opportunità promettenti per la compatibilità con le infrastrutture esistenti e la fattibilità economica per una produzione scalabile.

Potrebbe aiutare a creare un sistema sinergico che migliora l’efficienza, la sicurezza e i benefici ecologici sia del carburante per aviazione sostenibile sia delle tecnologie dell’idrogeno.

Prof. Bin Yang – Professore presso Washington State University

Il prossimo obiettivo per i ricercatori è progettare un catalizzatore guidato dall’IA che migliori e completi le reazioni di idrogenazione, rendendole più efficienti ed economicamente vantaggiose.

Azienda dell’Idrogeno

Plug Power (PLUG ) è un leader nell’idrogeno verde, con un focus sulle celle a combustibile. In particolare, le sue celle a combustibile alimentano oltre 40.000 carrelli elevatori, con ricavi aumentati di otto volte dal 2013. È anche attiva nella costruzione di infrastrutture per l’idrogeno, come produzione di idrogeno, logistica, generazione di energia su scala utility e consegne.

Fonte: Plug Power

L’azienda punta a scalare per ridurre i costi di produzione da $10/kg a $4/kg, aumentando la produzione di 14 volte entro il 2027.

Fonte: Plug Power

A causa di ingenti investimenti per aumentare la capacità produttiva di 19 volte dal 2020, l’azienda non è ancora redditizia. Questo ha portato quasi al raddoppio dei ricavi dall’inizio alla fine del 2023. La maggior parte del business attuale e previsto dovrebbe provenire dal Nord America.

L’azienda vede le sue soluzioni come un combustibile di mobilità diretto o un complemento ai veicoli elettrici, poiché l’idrogeno consente di ridurre la pressione sulla rete dovuta alla ricarica di picco dei veicoli elettrici, non allineata ai tempi di produzione delle energie rinnovabili durante il giorno.

Fonte: Plug Power

Come importante produttore di celle a combustibile, Plug Power trarrebbe grandi benefici da una transizione verso un’economia basata sull’idrogeno. L’emergere di un vettore di idrogeno economico e sicuro migliorerebbe radicalmente l’economia dell’uso dell’idrogeno come fonte di combustibile.

Ciò rende Plug Power un’azione interessante su cui scommettere per una svolta verso l’idrogeno in generale, con una crescita della domanda per le sue celle a combustibile ogni volta che viene inventato un metodo più economico per produrre, immagazzinare o trasportare l’idrogeno.

Riferimento allo Studio:

^{1. Andrew S. Lipton et al. (2025) Deidrogenazione in situ del carburante per jet a base di lignina: un nuovo e sostenibile vettore organico liquido di idrogeno. International Journal of Hydrogen Energy Volume 98, 13 gennaio 2025, Pagine 1275-1282}