Articoli - ScienTiamo

Animated textheadlineswords

Animated textheadlineswords

Animated textheadlineswords

Vai ai contenuti

Come si produce idrogeno? Lo Steam Reforming

ScienTiamo
Pubblicato da in Tecnologia · 4 Febbraio 2019
Tags: scienzadivulgazionesteamreformingidrogenofertilizzanticarburante
Sapete come vengono migliorate le frazioni petrolifere scadenti trasformandole idrocarburi più leggeri nel processo di raffinazione? Oppure, vi siete mai chiesti da dove provenga l’ammoniaca per i fertilizzanti che si usano su larga scala per far crescere le nostre amate piante?



Questi processi, che sono fondamentali per le attività attuali come l’agricoltura e per muovere la nostra inquinante macchina a benzina o a metano, partono dall’utilizzo di un elemento chimico per noi essenziale: stiamo parlando dell’idrogeno, il primo elemento della tavola periodica.



Ma da dove si ottiene tutto l’idrogeno necessario per i processi precedentemente descritti?
Starete sicuramente pensando all’acqua, la molecola che ricopre il 71% del nostro pianeta. Come voi, anche molti scienziati ci hanno pensato, ma l’elettrolisi dell’acqua (H2O → H2+1/2O2), la reazione che permette all’acqua di liberare l’ossigeno e il nostro caro idrogeno, non è spontanea (non avviene in maniera naturale) e richiede un elevato dispendio energetico ed economico.

Per questi motivi vengono utilizzati altri processi tra i quali:

  1. La “Gassificazione” che     serve per produrre idrogeno ma al contempo produce molta anidride     carbonica (CO2) che inquina l’ambiente.
  2. L’ossidazione parziale di oli pesanti, cioè la     reazione spontanea tra il metano (o un qualsiasi idrocarburo) con l’aria.
  3. Il     processo ferro-vapore dal quale si produce idrogeno senza la presenza di     ossidi di carbonio o di azoto partendo dalla reazione tra l’acqua e     l’ossido di ferro
  4. Infine     lo steam reforming, che attualmente è il metodo più utilizzato e     conveniente per produrre idrogeno.

Vediamo insieme come funziona!

Lo Steam reforming si divide in vari processi che permettono di ottenere idrogeno a partire da gas naturali o da idrocarburi leggeri.

  • Il primo passaggio è la compressione, cioè un abbassamento della pressione di circa 2840 bar del gas o dell’idrocarburo: ciò serve per ridurre le dimensioni dell’impianto abbassandone i costi e per favorire anche l’adsorbimento della CO2.
  • Il processo successivo è la desolforazione, utile per eliminare lo zolfo presente: per realizzarla si ricorre all’assorbimento su carbone attivo od ossido di zinco, consentendo di trasformare lo zolfo in disolfuri. Questo passaggio è necessario perché, anche se presente in basse quantità, lo zolfo inquina i catalizzatori utilizzati nel processo.

Dopo queste fasi preliminari, partono i veri e più importanti processi dello Steam reforming.

  • Durante il Reforming primario si aggiunge vapore acqueo al gas naturale usato in partenza (in questo caso il metano), secondo la seguente CH4+H2O(g) CO(g)+3H2(g); ciò avviene su catalizzatori a base di nichel supportato su allumina.
  • Segue il Reforming secondario che completa la conversione aggiungendo ossigeno, secondo la reazione CH4+1/2O2CO(g)+2H2(g); questa reazione si realizza ad alte temperature attorno ai 1000°C, in un reattore adiabatico (senza scambio di calore) a letto fisso, con un catalizzatore simile a quello usato in precedenza.
  • Adesso bisogna Convertire il monossido di Carbonio prodotto (CO), tossico, in CO2, tramite l’aggiunta di altro vapore, riuscendo, così, ad ottenere anche altro idrogeno.
  • Gli ultimi residui vengono eliminati tramite il processo chiamato metanazione che converte gli ultimi residui di CO e CO2 in metano, che non interferisce nelle reazioni successive.



Seguendo i passaggi precedenti si è potuto ottenere un gas di sintesi che contiene:
  1. 73,65%     di H2
  2. 24,55%     di N2
  3. 1ppm     0,8% di CH4
  4. 100ppm     0,34% di Ar
  5. 210ppm     di CO+CO2
  6. <1ppm di H2O

Il gas di sintesi prodotto in seguito verrà usato nel ciclo di sintesi per la produzione dell’ammoniaca oppure per altre attività chimico industriali.



Riassumendo, lo Steam reforming è il processo chimico che permette la formazione di idrogeno per produrre fertilizzanti e raffinare le frazioni di petrolifere scadenti: questi processi chimici, tuttavia, inquinano molto l’ambiente.
Se potessimo produrre idrogeno partendo dall’uso di biomasse, ad esempio microrganismi che contengono carbonio e se usassimo l’idrogeno per altri servizi come macchine ad idrogeno o per produrre composti meno tossici per il nostro pianeta, eviteremmo di inquinare il nostro mondo.

___L'autore___




            Per contatti e collaborazioni: scientiamo@gmail.com
            Per contatti e collaborazioni:
            scientiamo@libero.it
            Per contatti e collaborazioni:
            scientiamo@libero.it
            Torna ai contenuti