La continua crescita della popolazione mondiale e lo sviluppo dell’economia dei paesi in via di sviluppo, che cercano di uniformarsi agli standard dei paesi già industrializzati, sono la causa della crescente richiesta di energia nonché della preoccupante e continua emissione di gas serra.
La sfida tecnologica dei nostri giorni è certamente soddisfare la richiesta energetica mantenendo l’emissione di gas serra, in particolare della CO₂, entro limiti non preoccupanti per l’equilibrio ambientale. In effetti la principale causa dell’effetto serra è ritenuta essere proprio l’anidride carbonica, ovvero il principale prodotto finale dell’uso di combustibili fossili nella generazione di energia termica, meccanica ed elettrica.
All’inizio del ventesimo secolo la concentrazione della CO₂ nell’aria era pari a 300 ppm mentre attualmente la stima è di circa 380 ppm (Intergovernmental Panel on Climate Change). Dalle figure 1 e 2 si può notare come l’aumento della concentrazione di CO₂ nell’atmosfera durante l’era industriale abbia influenzato la temperatura globale.

Figura 1: Andamento dei livelli di CO2 in atmosfera negli ultimi 1000 anni [fonte IPCC].	Figura 2: Andamento della temperatura media globale negli ultimi 140 anni [fonte IPCC].

A livello globale circa il 30% delle emissioni di CO₂ in atmosfera è causato dai trasporti. Nel caso il livello tecnologico per la produzione d’energia e per i trasporti restasse quello attuale, si prevede, per il prossimo futuro, un continuo aumento delle emissioni di CO₂ con una conseguente crescita della sua concentrazione in atmosfera. In figura 3 sono riportate le stime dell’IPCC [Intergovernmental Panel on Climate Change] in uno scenario di pieno sviluppo economico; come si può osservare lo scenario è tutt’altro che rassicurante, con una previsione per il 2100 di una concentrazione di anidride carbonica che va oltre il doppio rispetto alla concentrazione preindustriale.
La sfida può essere vinta solo con l’aumento dell’efficienza dei sistemi e la contemporanea riduzione del consumo d’idrocarburi; con l’espansione dell’impiego di fonti a basso o nullo contenuto di carbonio quali gas naturale, rinnovabili, nucleare; con la separazione della CO₂ prodotta nella trasformazione dei combustibili fossili e il confinamento della stessa; con l’aumento del potenziale d’assorbimento della stessa CO₂ da parte dell’ecosistema.
Un tale scenario dovrebbe idealmente essere basato su un vettore energetico con le seguenti caratteristiche:
• di impatto ambientale, sia globale che locale, quasi nullo;
• producibile da più fonti energetiche primarie, tra loro intercambiabili e disponibili su larga scala, anche in futuro;
• distribuibile preferenzialmente attraverso una rete.

Figura 3: Previsione per l'andamento della concentrazione di CO2 nei prossimi anni [fonte IPCC].

Il vettore energetico che meglio si presta per questo scopo è ritenuto essere l’idrogeno. I vantaggi dell’uso dell’idrogeno sono diversi; tra questi il peso bassissimo; la quantità di energia immagazzinabile ben superiore agli attuali combustibili utilizzati su larga scala come gasolio, gas naturale o benzina; la totale assenza nei gas combusti delle principali fonti d’inquinamento dei centri urbani, cioè anidride carbonica, polveri sottili e ossidi di zolfo
Tuttavia ci sono ancora parecchi ostacoli da superare affinché l’idrogeno diventi il vettore energetico del futuro. L’idrogeno non è presente in natura come idrogeno molecolare immediatamente utilizzabile ma, anche essendo uno degli elementi più abbondanti sulla crosta terrestre, deve essere estratto dall’acqua o dagli idrocarburi. Si deve spendere dunque dell’energia che viene in un certo senso immagazzinata nell’idrogeno prodotto e riconvertita successivamente attraverso sistemi quali motori a combustione interna o attraverso le ben più efficienti celle a combustibile.
Oltre alla ricerca di sistemi di riconversione sempre più efficienti, uno degli sforzi maggiori si sta facendo per la ricerca di sistemi d’immagazzinamento e di trasporto dell’idrogeno, in particolare per le applicazioni veicolari. Gli attuali sistemi come l’immagazzinamento ad alta pressione o per liquefazione presentano diversi problemi per le applicazioni veicolari, legati essenzialmente alla sicurezza, alla quantità d’idrogeno trasportabile, nel caso di contenitori di gas ad alta pressione, oppure all’energia necessaria a mantenere in forma liquida l’idrogeno, nel secondo caso. Una valida alternativa è l’immagazzinamento in stato solido come idruri metallici, idruri complessi, nanotubi di carbonio, zeoliti, microsfere di cristallo. Si deve tuttavia impiegare ancora molto lavoro di ricerca per rendere migliori le proprietà di questi materiali. Pressione e temperatura di esercizio in particolare dovrebbero rimanere negli intervalli 1-10 atm e 20-100 °C, rispettivamente. L’ulteriore difficoltà è il peso di tali materiali, che in proporzione alla quantità d’idrogeno immagazzinato è ancora troppo elevato per applicazioni mobili efficienti.