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Il metodo made in Italy per produrre Idrogeno

26 Lug

Da molti anni, ormai, sentiamo parlare di un futuro energetico incentrato sull’idrogeno. Molti, parlano di questo possibile combustibile addirittura speculando su un passaggio dall’era del petrolio a quella dell’idrogeno. Come tutti sappiamo, questa soluzione potrebbe essere utilizzata in tantissimi settori. Anche se il più noto, e lasciatemi dire su cui tante leggende sono state create, è quello delle macchine alimentate a idrogeno, questo elemento potrebbe servire per produrre corrente elettrica ed energia nei più svariati settori industriali, consentendo, finalmente, di mettere da parte i fortemente inquinanti idrocarburi ma, soprattutto, l’economia basata su questi oli che non ha fatto altro che creare centri di potere, in primis, e guerre per l’appropriazione e lo sfruttamento dei giacimenti sparsi per il mondo.

Perché, ancora oggi, visto che molti parlano di una panacea di tutti i mali, non utilizziamo l’idrogeno?

Come sapete, molti parlano di poteri forti in grado di bloccare lo sviluppo di queste tecnologie per puri fini economici. Da un lato, queste affermazioni sono corrette. Non voglio nascondermi dietro un dito e dire che viviamo in un mondo ideale. Come tutti sanno, i soldi fanno andare l’acqua in salita ma, soprattutto, decidono dove l’acqua deve passare e dove no. Questo lato economico-oscuro non è però materia del nostro blog. Quello su cui invece vorrei spingere tutti a ragionare è il discorso prettamente energetico e ambientale dell’idrogeno.

Anche molti tra i cosiddetti esperti dell’energia, un po’ per secondi fini ma, mi dispiace dirlo, a volte anche per ignoranza, quando parlano di fonti alternative, dunque non solo idrogeno, dimenticano sempre di prendere in considerazione l’intera filiera del settore che non comprende solo l’utilizzo della risorsa ma anche la sua estrazione o eventuale produzione, stoccaggio, distribuzione, ecc.

Che cosa intendo con questo?

Facciamo un esempio pratico ma inventato. Immaginate di trovare una nuova fonte energetica che possa essere utilizzata per alimentare le automobili. Questa risorsa rende la vostra macchina assolutamente non inquinante e costa 1/10 della benzina. Bene, annunciate la vostra scoperta su internet e immediatamente si formerà un esercito di internauti pronti a parlare della vostra genialata e del fatto che la ricerca, insieme con qualche burocrate in giacca, cravatta e occhiali scuri, vi sta ostacolando. Scommetto che questa storiella ve ne ricorda tante altre sentite in questi anni. Dov’è il problema? Semplice, anche se il nostro carburante costa poco e non inquina, come si produce? Dove si estrae? Se per produrre questo carburante dovete utilizzare carbone, oli o elementi chimici che produrrebbero un effetto sull’atmosfera peggiore di quella dell’uso del petrolio, la vostra invenzione sarebbe ancora molto conveniente? Direi proprio di no.

Bene, questo è quello che vorrei far capire. Ogni qual volta si parla di qualcosa legato all’energia e all’inquinamento, dovete sempre mettere in conto tutti gli aspetti legati a quella determinata risorsa. Esempio pratico? I pannelli solari producono energia dalla fonte rinnovabile per eccellenza, il Sole. Nessuno però vi racconta mai dei costi di produzione dei pannelli o, soprattutto, di quelli di smaltimento dei pannelli ormai esausti. Tenendo conto di questi fattori, si deve ridimensionare molto il vantaggio ottenuto con l’uso di pannelli commerciali. Per carità, non voglio dire che questa soluzione debba essere scartata. Il mio pensiero vuole solo mostrare gli altri aspetti che spesso, soprattutto tra i sostenitori di una tecnologia, vengono completamente taciuti.

Perdonate questa mia lunga introduzione, ma quanto detto è, a mio avviso, importante per inquadrare al meglio la situazione.

Tornando ora al discorso idrogeno, come forse avrete letto, un team di ricercatori del CNR, per essere precisi della sezione di Firenze, ha trovato un nuovo processo di produzione dell’idrogeno che riesce a sfruttare i cosiddetti oli rinnovabili.

Perché è così interessante questa notizia? Alla luce di quanto detto sopra, ad oggi, esistono due modi principali di produzione dell’idrogeno, entrambi con criticità molto importanti. Il primo metodo di produzione consiste nell’estrazione dell’idrogeno dal metano. Per poter avviare il processo è però necessario ossigenare l’ambiente. In questo caso, la produzione di idrogeno è accompagnata da quella di anidride carbonica. Risultato? La produzione di CO2, come è noto, è da evitare per le conseguenze sull’ambiente. Vedete come le considerazioni iniziali ci consentono di fare ora un’analisi critica dell’intero processo?

Il secondo metodo possibile per la produzione dell’idrogeno è semplicemente basato sull’elettrolisi dell’acqua, cioè nella scomposizione di questa fonte nota e ampiamente disponibile in idrogeno e ossigeno. Quale sarebbe ora il rovescio della medaglia? Per fare l’elettrolisi dell’acqua occorre fornire molta energia, energia che deve ovviamente essere messa in conto quando si calcola il rendimento della risorsa. Esempio pratico, se per innescare l’elettrolisi utilizzate energia prodotta da fonti rinnovabili, questo contributo inquinante deve essere contabilizzato e l’idrogeno non è più così pulito. Oltre al problema del costo energetico di produzione, nel caso dell’elettrolisi si deve considerare anche il fattore sicurezza. Idrogeno e ossigeno vengono prodotti ad alte pressioni. Se, per puro caso, i due elementi vengono in contatto tra loro, si crea una miscela fortemente esplosiva.

Alla luce di quanto detto, credo che ora sia più chiaro a tutti il perché, escluso il discorso economico legato al petrolio, ancora oggi la futuribile economia dell’idrogeno ancora stenta a decollare.

Bene, quale sarebbe allora questo metodo made in Italy che i ricercatori del CNR hanno inventato? Come anticipato, questo sistema di produzione sfrutta gli alcoli rinnovabili. Credo che tutti abbiamo bene in mente cosa sia un alcol, perché però parliamo di rinnovabili? Detto molto semplicemente, si tratta degli alcoli, glicerolo, metanolo, ecc., prodotti dalle biomasse, quindi sfruttabili, rinnovabili e anche assolutamente diffuse.

Come funziona questo metodo?

Come noto alla chimica, rompere la molecola d’acqua in presenza di alcoli richiede molta meno energia rispetto a quella necessaria in presenza di sola acqua. Nessuno però, fino ad oggi, aveva pensato di sfruttare questa evidenza per la produzione di idrogeno. La vera innovazione di questo processo è nell’aggiunta di elettrodi nanostrutturati ricoperti di palladio che fungono da catalizzatori per il processo e raccolgono l’idrogeno prodotto nella reazione. A questo punto, immergendo gli elettrodi in una soluzione acquosa di alcoli è possibile rompere la molecola di acqua producendo idrogeno, evitando la formazione di ossigeno libero e, soprattutto, risparmiando il 60% dell’energia rispetto all’elettrolisi.

Come annunciato anche dagli stessi ricercatori, questo sistema potrà servire in un primo momento per la produzione di batterie portatili in grado di fornire energia in luoghi isolati e, a seguito di ulteriori ricerche e perfezionamenti, potrà essere sfruttato anche per la realizzazione di generatori da qualche KWh fino a potenze più alte.

Apro e chiudo parentesi, non per essere polemico ma per mostrare l’ambito nel quale molto spesso le ricerche si svolgono. Il gruppo di ricerca è riuscito a trovare i finanziamenti per i suoi studi perché al progetto hanno partecipato alcuni enti privati finanziatori, tra cui il credito cooperativo di Firenze.

Solo per concludere, e giusto per ricalcare nuovamente il fatto che la ricerca non si è dimenticata dell’idrogeno, anche a livello governativo, nelle direttive per l’obiettivo 2020 è stato imposto un target di 45KWh per la produzione di 1 Kg di idrogeno. Obiettivo considerato futuribile fino ad oggi ma che richiedeva ricerca aggiuntiva sui sistemi di produzione. Bene, il metodo inventato dal CNR richiede soltanto 18.5KWh per produrre 1 Kg di idrogeno. Direi che questo rende sicuramente il processo economicamente vantaggioso e apre finalmente le porte a un utilizzo, che sarà sempre e comunque graduale, di questa risorsa nella vita di tutti i giorni.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

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Quante miglia con un litro di acqua di mare?

15 Apr

Diversi lettori mi hanno contatto privatamente per chiedere info riguardo una notizia che sicuramente avrete letto e che e’ stata rimbalzata su praticamente tutti i giornali nazionali. Come avrete capito dal titolo di questo post, mi riferisco alla notizia di qualche giorno fa in cui la Marina Americana, o meglio il centro ricerche di questo corpo militare, ha annunciato al mondo di essere riuscito a produrre carburante a base di idrocarburi partendo dall’acqua di mare.

Se provate a documentarvi in rete, e vi chiedo di farlo, troverete, come sempre e come cattiva abitudine, 2 o 3 testi differenti ricopiati spudoratamente su tutti i giornali, siti e blog della rete.

Perche’ mi preoccupo di questo? Semplice, non nel caso specifico ma come visto per altre notizie, se la fonte primaria presenta un errore, un dettaglio sbagliato e non spiega alcuni passaggi importanti, tutti gli altri gli vanno dietro dimostrando ancora una volta l’effetto gregge!

Detto questo, come richiesto, torniamo a pensare alla famosa notizia in questione. Leggendo la notizia trovate scritto che, come anticipato, i ricercatori al servizio della Marina avrebbero prodotto combustibile partendo solo ed esclusivamnete dall’acqua di mare. Questo combustibile puo’ gia’ essere utilizzato per alimentare navi da guerra e caccia militari. La dimostrazione? Semplice, come testimonia il vidoe che trovate praticamente ovunque, il combustibile e’ stato usato per far voare un modello di Mustang P-51, tipo di aereo utilizzato durante la seconda guerra mondiale. Secondo i ricercatori coinvolti, la produzione di combustibile dall’acqua di mare e’ gia’ realta’, ma saranno necessari altri 10 anni prima che questa tecnologia venga utilizzata per il rifornimento.

Vantaggi?

Evidenti, ma e’ meglio elencarli di nuovo: le navi potranno percorrere tratti piu’ lunghi in mare aperto senza dover attraccare nei porti per il rifornimento, adottare questa alimentazione eliminerebbe i rischi tecnici e ambientali che un rifornimento in mare aperto prevede ma, soprattutto, usate acqua per produrre combustibile!

Vi rendete conto?

Acqua di mare, tanta, pulita, semplice e assolutamente rinnovabile per produrre combustibile. Altro che re Mida che trasformava in oro quello che toccava o la pietra filosofale degli alchimisti, acqua salata in combustibile. Vi rendete conto di questo? Sono decenni che parliamo di green economy, energie rinnovabili, ambiente, ecc e ora si puo’ produrre combustibile dall’acqua di mare. Commento molto frequente sulla rete su questa notizia: a questo punto potremmo finalmente rottamare quelle pericolose navi nucleari che solcano i nostri mari e che sono delle vere e proprie bombe atomiche galleggianti.

Perche’ aspettare 10 anni per questa rivoluzione, investiamo tutto in questa ricerca e portiamola a conclusione. Facciamo in modo che questa soluzione possa essere commerciale subito, magari anche per altri mezzi di trasporto.

Vi sto insospettendo con questo mix di entusiasmo in forma grottesca? Forse, ed in questo caso l’espressione e’ proprio azzeccata, non e’ tutto oro quello che luccica.

Prima cosa, che molti giornali dimenticano di dire perche’ troppo affannati a fare copia/incolla e gridare al miracolo: come si trasforma l’acqua di mare in combustibile?

Senza spiegare in dettaglio la chimica delle varie reazioni, il processo puo’ essere cosi’ descritto: si sfrutta ovviamente l’acqua ma anche l’anidride carbonica normalmente sciolta nell’acqua di mare. In che modo? Anidride carbonica e idrogeno vengono separati facendoli passare attraverso una cella elettrificata. In questa fase, nell’anodo e nel catodo si accumulano rispettivamente ioni idrogeno e gas idrogeno e anidride carbonica. Successivamente i prodotti vengono fatti passare attraverso una camera riscaldata in cui viene posto un catalizzatore ferroso. Compito di quest’ultimo e’ favorire la produzione di idrocarburi con 8-9 atomi di carbonio che vengono poi raccolti da un catalizzatore al nichel. Risultato, una miscela di idrocarburi utilizzabile come combustibile per la vostra nave.

Quale sarebbe il problema di questo processo? Voi mettete l’acqua e ottenete idrocarburi. Rileggete quanto scritto in precedenza, anidride carbonica e idrogeno vengono “separati” utilizzando una cella “elettrificata”. Inoltre, i prodotti vengono fatti passare attraverso una camera “riscaldata” con un catalizzatore.

Vi dicono niente le parole “elettrificata” e “riscaldata”? Come si elettrifica o si riscalda qualcosa? Semplice, dovete dargli energia.

Cosa significa questo?

Come potete facilmente immaginare, il processo non e’ assolutamente gratuito o cosi’ miracoloso come i giornali vorrebbero farvi credere. Attenzione, non sto facendo il bastian contrario per partito preso, sto solo cercando di mostrare, appunto, che non e’ tutto oro quello che luccica.

Nessun giornale che propone la notizia parla di “rendimento” di questo processo. Purtroppo, allo stato attuale delle cose, l’efficienza della reazione, ottenuta confrontando prima di tutto l’energia contenuta in un litro di carburante con l’energia spesa per produrre quel litro ma anche il rendimento della produzione di quella stessa energia elettrica, non e’ assolutamente elevata. Anzi, per dirla tutta, questo processo e’, allo stato attuale, energeticamente sfavorevole.

Ora, dire “energeticamente sfavorevole” non significa buttare via tutto. La notizia riportata mostra un ottimo punto “di ricerca” raggiunto in questo ambito ma ci vorranno ancora molti anni per arrivare a qualcosa di realmente utilizzabile. Mia opinione personale e’ che i 10 anni di cui si parla siano assolutamente una sottostima dei tempi necessari.

Perche’ dico questo?

Come detto all’inizio, la notizia e’ di questi giorni. Cercando in rete, si trova pero’ un documento, sempre della Marina americana, datato 2010, in cui si fa il punto proprio su questa ipotetica tecnologia:

Documento 2010, combustibile da acqua salata

Leggendo quanto riportato, si parla di un’energia richiesta per la produzione del carburante, in particolare della prima elettrolisi nella cella elettrificata, doppia rispetto a quella realmente ottenibile dal carburante prodotto. Ora, nel gito di 4 anni, le cose sono sensibilmente migliorate, ma siamo ancora abbastanza lontani da poter definire questa tecnologia matura per essere commercializzata.

Altra osservazione importante. Per la prima elettrolisi serve energia. Tralasciando il rapporto tra quella spesa e quella prodotta, se siamo in mezzo al mare, dove prendiamo questa energia? Semplice, la produciamo con sistemi nucleari! Capito bene? Con sistemi nucleari che producono energia elettrica per la nave. Non fraintendete, personalmente non mi sto affatto sconvolgendo, trovo semplicemente grottesco che tanti annuncino entusiasti questa notizia parlando di sostituzione del nucleare sulle navi, non sapendo che per far andare questa tecnologia la stessa marina militare avrebbe pensato di utilizzare energia prodotta da fissione nucleare.

Se e’ tutto vero quello che scrivo, perche’ non commento il video dell’aereo che vola con questo carburante? Ho scritto da qualche parte che la notizia e’ una bufala al 100%? Non mi sembra, uno dei prodotti finale delle reazioni e’ proprio una sorta di combustibile utilizzabile. Notate pero’ una cosa, quello che vi mostrano e’ un modellino molto in miniatura di un aereo militare. Per far volare questo oggetto servono pochi ml di combustibile, quantita’ infinitamente minore di quella che servirebbe anche solo per far partire una nave da guerra.

Conclusione, la notizia riguardante questa scoperta e’ stata ridicolizzata a causa del sensazionalismo imperante ormai su tutti i giornali. La ricerca e’ assolutamente interessante e degna di osservazione. Quanto proposto e’ da intendersi come un “work in progress” e cosi’ sara’ ancora per molto tempo. Qualora si riuscisse ad ottimizzare l’intero processo e a migliorarne il rendimento, sicuramente questa soluzione potrebbe apportare notevoli miglioramenti non solo in termini navali ma, soprattutto, in termini ambientali. Non ci resta che continuare a monitorare questo settore e vedere se ci saranno novita’ nei prossimi anni.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

Il Manoscritto Voynich

26 Feb

Questa volta vorrei parlare di un argomento abbastanza sconosciuto anche se, personalmente, lo trovo estremamente interessante. Come sapete, la storia ci regala dei veri e propri capolavori dell’antichita’ in grado di lasciarci a bocca aperta e che magari richiedono anni di studio prima di essere compresi a pieno. Molto spesso poi, quello che arriva ai giorni nostri, apre una finestra su civilta’ di cui oggi si e’ persa traccia sia dal punto di vista degli usi che del linguaggio. Prendete come esempio quello dell’Antico Egitto. Provate a pensare quanta fatica e quanto lavoro sia stato necessario per arrivare a comprendere una scrittura basata su simbolismi grafici come quella dei geroglifici. Solo quando questo tipo di scrittura e’ stato compreso a pieno, abbiamo potuto capire le numerose iscrizioni lasciate e comprendere la concezione che questo popolo aveva per gli Dei, la morte, le persone e, perche’ no, la vita di tutti i giorni.

Perche’ faccio questa premessa?

Semplice, oggi vorrei parlarvi del Manoscritto Voynich. Si tratta di un antico testo, riscoperto solo nei primi anni del XX secolo e su cui si sta ancora dibattendo sotto molti punti di vista. Cosa ha di interessante questo reperto? Semplice, si tratta di un intero libro di cui ignoriamo completamente il contenuto perche’ non siamo ancora stati in grado di tradurlo. La lingua infatti in cui sarebbe scritto appartiene solo a questo libro e per moltissimi anni gli studiosi si sono cimentati in azzardate traduzioni senza mai tirare fuori qualcosa che avese un senso. Proprio in questi giorni pero’, e’ stato pubblicato un nuovo articolo in cui un gruppo di linguisti sostiene di essere riuscito almeno a capire quale strada seguire per tradurre il Voynich.

Cerchiamo, come nostra abitudine, di andare con ordine e provare a raccontare anche questa interessante storia.

Come anticipato, questo manoscritto e’ stato riscoperto solo nel 1912. In quest’anno infatti, proprio nel comune di Frascati vicino Roma, dove sono nato, il collegio gesuita che aveva sede nella Villa Mondragone decise di mettere in vendita alcuni libri della sua collezione per pagare la ristrutturazione del collegio stesso. Alcuni di questi antichi testi vennero comprati da tale Wilfrid Voynich, un mercante di origini polacche, che acquisto’ una trentina di libri tra cui questo manoscritto che lo aveva incuriosito da subito. Come potete immaginare, questo manoscritto e’ quello oggi noto come “Manoscritto Voynich”.

All’interno del libro, il mercante trovo’ una lettera dei primi del 1600 scritta da Johannes Marcus Marci, rettore dell’Universita’ di Praga e medico di corte di Rodolfo II di Boemia, indirizzata a Athanasius Kircher, un poligrafo che viveva a Roma, affinche’ questi decifrasse il testo del manoscritto.

Come visibile gia’ ad una prima occhiata, il manoscritto acquistato da Voynich era scritto in una lingua e con un alfabeto sconosciuti e corredato anche da disegni, molti dei quali non comprensibili.

Come e’ fatto il Voynich?

Si tratta di un libro composto da circa 200 pagine realizzate con pergamena di capretto. Per convenzione, si assume il libro diviso in quattro sezioni identificabili in base alle illustrazioni presenti. Proprio grazie ai disegni, e’ stato infatti possibile dividere il testo in parti diverse, ciascuna riguardante, almeno a naso dalle figure riportate, uno specifico tema:

  • Sezione I (fogli 1-66): chiamata botanica, contiene 113 disegni di piante sconosciute.
  • Sezione II (fogli 67-73): chiamata astronomica o astrologica, presenta 25 diagrammi che sembrano richiamare delle stelle.
  • Sezione III (fogli 75-86): chiamata biologica, nomenclatura dovuta esclusivamente alla presenza di numerose figure femminili nude, sovente immerse fino al ginocchio in strane vasche intercomunicanti contenenti un liquido scuro.

Subito dopo questa sezione vi è un foglio ripiegato sei volte, raffigurante nove medaglioni con immagini di stelle o figure vagamente simili a cellule, raggiere di petali e fasci di tubi.

  • Sezione IV (fogli 87-102): detta farmacologica, per via delle immagini di ampolle e fiale dalla forma analoga a quella dei contenitori presenti nelle antiche farmacie.

Come vedete pero’, anche se i disegni ci consentono a grandi linee di poter immaginare quale sia l’argomento di ciascuna sezione, molti di questi riguardano, come nell’esempio delle piante, qualcosa a noi sconosciuto.

Di cosa parlerebbe il manoscritto?

Qui il discorso si complica non poco perche’, come anticipato, il testo e’ scritto con un simbolismo mai ritrovato prima. Per farvi capire, ecco alcune delle pagine del libro:

Pagine del manoscritto Voynich

Pagine del manoscritto Voynich

Dunque, a questo punto appare evidente come non solo non sappiamo di cosa parla il libro ma anche, vista la scrittura utilizzata, chi abbia scritto questa opera. E’ possibile che sia un reperto realizzato da un qualche popolo successivamente scomparso e di cui, a parte il Voynich, non conserviamo ne’ reperti ne’ memoria?

La prima cosa da capire e’ senza dubbio a quale periodo storico far risalire il manoscritto.

Su questo punto, si e’ dibattutto per anni tra gli studiosi. Fino a pochi anni fa, si pensava che questa opera fosse un falso realizzato appositamente per perpetrare una truffa ai danni di Rodolfo II. Secondo questa ipotesi, il falso sarebbe stato creato nel XVI secolo da un noto falsario inglese proprio allo scopo di vendere il libro a caro prezzo a Rodolfo II come pezzo unico da collezione. A sostegno di questa prova, nella gia’ citata lettera ritrovata da Voynich nel libro, si parlerebbe di un reperto ereditato da Johannes Marcus Marci direttamente da Rodolfo che lo avrebbe comprato per 600 ducati, una cifra elevatissima per l’epoca dei fatti.

Questa versione e’ stata pero’ smentita a seguito della datazione con il Carbonio-14 che ha mostrato che l’opera e’ stata realizzata tra il 1404 e il 1438. Anche su questa datazone ci sono pero’ forti parare contrari. Come e’ possibile contestare una datazione al carbonio? Semplice, per eseguire le analisi, e’ stato autorizzato il prelievo di alcune sottili striscioline di pagina in punti diversi del libro. Ovviamente, non e’ stato autorizzato il prelievo di parti scritte con inchiostro ma solo striscie bianche di foglio. In questo caso, i fogli potrebbero essere piu’ antichi del testo e dunque del libro stesso.

Secondo un altro punto di vista, il manoscritto non potrebbe essere precedente al 1492, anno in cui venne scoperta ufficialmente l’America. Nella sezione botanica e’ infatti presente un’illustrazione che ricorda molto la pianta di girasole portata in Europa dai conquistatori del nuovo mondo.

Come potete capire, anche per la datazione dell’opera, non esiste una singola opinione condivisa tra gli studiosi.

Detto questo, cosa ci sarebbe scritto nel Voynich?

Se per la datazione eravamo nel campo delle ipotesi, per quanto riguarda il contenuto siamo proprio nel campo della fantasia, ognuno puo’ dire quello che vuole e sostenerlo senza la possibilita’ di essere smentito. A partire dalla sua riscoperta, moltissimi studiosi, matematici, crittografi, scienziati, ecc si sono cimentati nel tentativo di traduzione del Voynich, purtroppo, senza successo.

Come ricorderete, in un precedente articolo abbiamo parlato di crittografia, ricordando in particolare la macchina Enigma utilizzata dai nazisti durante la seconda guerra mondiale per inviare comunicazioni cifrate tra i vari reparti:

Un perdono atteso 70 anni

Molti studiosi hanno infatti proposto che il manoscritto Voynich non sia scritto con un idioma sconosciuto, ma si tratti di un codice cifrato in cui diversi simboli corrispondono a lettere o gruppi di sillabe. Con la comparsa dei primi sistemi automatici di calcolo, un gruppo di studiosi americani ha ripreso tutti i vecchi codici cifrati verificando i tempi necessari per decifrare codici che magari anni prima avevano richiesto anni. Di tutte le tecniche di cifratura provate, quella del Voynich, sempre che lo sia, e’ l’unica rimasta inviolata.

Secondo alcuni, questo sarebbe possibile perche’ il vero messaggio contenuto nel testo sarebbe nascosto da una serie di simboli non necessari e messi solo per confondere un lettore non autorizzato a leggere. In questo caso, per comprendere il reale messaggio, sarebbe necessaria una chiave intesa come una griglia in grado di rendere visibili solo le lettere o i simboli utili. Questa e’ una tecnica di cifratura molto semplice ma che, in alcuni casi, puo’ rivelarsi molto robusta se non altro per l’elevato numero di combinazioni da tentare prima di trovare la griglia giusta.

Per farvi capire meglio questa tecnica, vi riporto un esempio pratico. Immaginate di avere un messaggio cifrato di questo tipo:

cripto

Se pero’ il messaggio e’ indirizzato a voi e dunque sapete quali lettere selezionare, allora il messaggio che era completamemte senza senso, mostra la sua reale faccia:

decripto

A sostegno di questa ipotesi, all’interno del manoscritto sarebbero presenti gruppi di simboli troppo ripetuti rispetto ad un normale linguaggio. Queste ripetizioni sarebbero poi diverse nelle differenti sezioni che compongono il testo.

Questo e’ il risultato a cui sarebbero arrivati anche alcuni studiosi negli articoli presentati in questi ultimi mesi. Come potete facilmente capire, e diversamente da quanto affermato sui soliti giornali, questo non significa aver tradotto il Voynich, ma solo aver ipotizzato una possibile via per decifrare il codice. Tra l’altro, anche in questo caso, si e’ riusciti ad individuare solo un ristretto numero di parole che, pero’, in alcuni casi danno vita a frasi senza senso compiuto.

L’ultima ipotesi da non dimenticare sul Voynich, e che comunque annovera sempre un nutrito gruppo di sostenitori, e’ che il Voynich, magari creato come falso per truffare Rodolfo II, sia anche un falso dal punto di vista dei contenuti. In questo caso, e a sostegno ci sarebbero i disegni di piante sconosciute, si tratterebbe di una grossa montatura priva in realta’ di qualsiasi significato. Perche’ questo? Semplice, solo per aumentare il mistero sul volume e far crescere il prezzo di vendita in questa cervellotica truffa.

Concludendo, la storia del manoscritto Voynich e’ senza dobbio interessante. Oggi, a distanza di un secolo dal suo ritrovamento, ci sono solo ipotesi anche molto diverse tra loro, ma niente di tangibile e in grado di farci dire di aver compreso, anche solo in minima parte, la reale storia del volume o del suo contenuto. Come qualcuno lo ha definito, ed e’ ancora vero ai giorni nostri, il Voynich potrebbe essere il manoscritto piu’ misterioso al mondo.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

Antichi segreti di Marte

13 Dic

In diversi articoli abbiamo parlato del rover Curiosity e della sua importante missione su Marte:

Curiosity: scoperta sensazionale?

– Curiosity e gli UFO

– Curiosity e gli UFO: dopo le foto, il video. 

Ecco perche’ Curiosity non trova gli alieni!

Ecco la scoperta di Curiosity

Come sappiamo bene, purtroppo, molte di queste volte lo abbiamo dovuto fare per smentire storie fantastiche che si sono rincorse su internet e che parlavano di UFO, resti di civilta’ antiche, ecc. Tutte notizie infondate che non fanno altro che distogliere l’attenzione da questa importante missione e dalle mille soprprese che sta rivelando ai ricercatori coinvolti nel progetto.

Anche questa volta, dobbiamo partire da una notizie distorta che molto sta facendo discutere in rete, per arrivare poi alla scienza vera e propria.

Di cosa si tratta?

Partiamo dalle basi, come sappiamo Curiosity e’ a spasso nel cratere Gale con tutto il suo carico di strumentazione scientifica di tipo geologico. In particolare, lo scopo della missione era quello di fare delle analisi con una sensibilita’ non possibile prima prendendo in esame campioni di terreno e roccia. Cosa vogliamo imparare? Prima di tutto, analisi di questo tipo ci permettono di capire meglio la struttura del pianeta, la sua origine, e avere un’idea della storia geologica che Marte ha attraversato nel corso degli anni. Oltre a questo, un’analisi precisa del terreno consente di determinare se c’e’ o meno la presenza di elementi chimici che possono rappresentare dei marker per la vita sul pianeta rosso. Fate attenzione, parliamo di marker per la vita, non di vita. Cioe’? Come e’ ovvio, ci sono degli elementi chimici che possono dare indicazioni molto precise sulla vita o sulla presenza di questa in passato. L’attivita’ metabolica, la decomposizione cellulare, ecc portano ad aumentare la presenza di determinati elementi piuttosto che di altri.

Tenete a mente queste parole perche’ saranno la chiave di lettura per comprendere meglio la notizia di cui stiamo parlando.

Perche’ Curiosity e’ stato inviato proprio nel cratere Gale? Ovviamente, il luogo non e’ stato scelto a caso, ma ponderato attentamente. Come visto negli articoli precedenti, questa depressione di Marte rappresenta uno dei posti migliori per la ricerca geologica e chimica del terreno. Inoltre, nella zona sono presenti alture che consetono una visione ad ampio raggio di gran parte di Marte, consentendo, qualora ncessario, una variazione del percorso qualora si evidenziassero zone di maggior interesse.

Bene, a questo punto siamo pronti a parlare della notizia.

Curiosity si trova ora in una zona molto particolare del cratere Gale nota come Yellowknife Bay. Questa e’ una depressione vicino all’equatore di Marte in cui si pensa che in passato ci fosse un lago con acque poco profonde. In particolare, la profondita’ delle acque e’ stiamata non oltre i 5 metri, ma la cosa importante e’ che, dalle analisi fatte, si pensa che queste acque, quando erano presenti, avevano caratteristiche molto particolari. Prima di tutto, erano praticamente ferme, poi erano caratterizzate da una bassa salinita’ ed erano raggiunte da una buona radiazione solare.

Curiosity si e’ concentrato in particolare su due rocce trovate nell’antico fondale del lago, chiamate John Klein e Cumberland. Dall’analisi di queste rocce sono emersi elementi come Carbonio, idrogeno, zolfo, azoto e fosforo.

Cosa significa questo?

Dal punto di vista scientifico, la presenza e la concentrazione di questi elementi significa che in passato erano presenti condizioni adatte per la formazione della vita.

Fate attenzione, come e’ stato interpretato questo da molti siti internet che hanno riportato la notizia? Semplice, trovati segni di vita su Marte! Signori, alla luce di quanto detto, capite molto bene come il sensazionalismo scientifico su argomenti di questo tipo regni sempre sovrano. E’ possibile questo? Ovviamente no. Tra l’altro, Curiosity ha una strumentazione di tipo geologico. Le analisi possibili sono sulle rocce per determinare caratteristiche chimico fisiche come, ad esempio, la concentrazione di elementi da analisi spettroscopiche. Nella dotazione del rover mancano gli strumenti per cercare molecole organiche, cioe’, in soldoni, tracce di vita passata o presente. Questo “particolare” lo avevamo commentato anche negli articoli precedenti parlando appunto sempre della distorsione mediatica sulle scoperte del rover.

Cosa succedera’ ora?

Dal punto di vista scientifico, quanto emerso e’ senza dubbio eccitante. Prima di tutto e’ stata dimostrata, qualora ci fossero ancora dubbi, l’importanza della missione e la correttezza del luogo scelto per le analisi. Inoltre, questa scoperta offre anche nuove motivazioni alla futura missione Exomars prevista per i prossimi anni. Questo nuovo rover, in cui molta tecnologia e’ di origine italiana, sara’ anche dotato di una trivella di 2 metri. Inoltre, ci saranno apparecchiature fondamentali proprio pere la ricerca di molecole organiche sia presenti che future.

Concludendo, Curiosity ha rivelato una zona di Marte con carattetristiche uniche al momento per lo studio della vita passata sul pianeta. La strumentazione presente consente di determinare tracce e concentrazioni di elementi chimici fondamentali per la vita. In futuro, la missione Exomars consentira’ di fare analisi specifiche su questi punti per determinare se in passato fossero presenti forme di vita biologica sul pianeta rosso. Come potete capire, la ricerca e la curiosita’ sui pianeti del sistema solare non e’ assolutamente morta e ancora tante sorprese ci deve rivelare.

 

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ISON: cometa in technicolor

15 Nov

Della ISON abbiamo parlato in tantissimi articoli:

Rapido aggiornamento sulla ISON

2013 o ancora piu’ oltre?

E se ci salvassimo?

Che la ISON abbia pieta’ di noi!

– Se la Ison non e’ cometa, allora e’ …

Riassumendo, si diceva che questa sarebbe stata la cometa del secolo con un passaggio talmente luminoso da essere perfettamente visibile ad occhio nudo in pieno giorno. Come visto pero’, queste stime sono state notevolmente ridimensionate quando si e’ potuto stimare il diametro del nucleo di questa cometa che, come visto, e’ inferiore ad un paio di kilometri. Nonostante questo, gia’ da mesi, i siti catastrofisti si sono scatenati nel lanciare previsioni e profezie legate a questa cometa: la Ison e’ Nibiru, la Ison arrivera’ sulla Terra, no, anzi, e’ un’astronave aliena, nemmeno e’ un pianeta, una costellazione, un mini sistema solare, ecc. Come visto negli articoli precedenti, tutte assurdita’ facilmente smentibili con un minimo di ricerca su internet ma, soprattutto, con un minimo di ragionamento.

Una particolarita’ pero’, almeno a mio avviso, questa cometa sicuramente la avra’: sara’ ricordata come l’oggetto celeste che maggiormente ha dato spunto per annunciare catastrofi.

L’ultima sparata che sta facendo riaccendere la discussione su internet e’ legata al colore di questa cometa. Come forse avrete letto, al passaggio vicino a Marte la Ison appariva di un bel colore verde. Continuando la sua corsa verso il perielio pero’, la cometa ha improvvisamente cambiato colore divenendo blu.

Cosa significa questo?

Inutile dire che si tratta, sempre secondo gli amici catastrofisti, di un fatto eclatante e misterioso, ovviamente non compreso dalla scienza. Inoltre, il nuovo colore della cometa sarebbe l’indicatore che la Ison e’ in realta’ la tanto temuta Blue Kachina della profezia Hopi. Di questa profezia abbiamo gia’ parlato abbondantemente in questo articolo:

Il 2012 e la profezia Hopi

Dunque, ci risiamo, una nuova fine del mondo ci attende tra pochi giorni. Meno male! Era gia’ qualche giorno che non veniva annunciata una nuova fine per la nostra amata Terra al punto che cominciavo a preoccuparmi.

Premessa, come visto nell’articolo riportato, la profezia Hopi riguarda qualcosa completamente diverso e, comunque, si tratta di un racconto di questo popolo indiano.

Detto questo, cerchiamo di capire se veramente c’e’ qualcosa di anomalo in questo cambio di colore.

In realta’, cambiamenti di colore lungo la traiettoria non sono affatto straordinari e vengono mostrati da diverse comete. Come potete facilmente immaginare, man mano che questi corpi si avvicinano al Sole vengono investiti da una radiazione sempre crescente ed inoltre aumenta anche la loro temperatura. Come visto in questo articolo:

Cos’e’ una cometa

questi corpi sono caratterizzati dalla sublimazione degli elementi che li compongono e, dunque, anche il colore caratteristico sara’ legato alla chimica dell’oggetto.

Bene, questa e’ una spiegazione semplice e comprensibile per tutti.

Pensateci, se ci sono diversi elementi questi possono “bruciare” in momenti diversi. Inoltre, un elemento puo’ essere piu’ dominante e rendere visibili gli altri solo in un secondo momento. Tutte cose perfettamente chiare e che possono spiegare in primis il colore delle comete e anche, come nel caso della Ison, cambi di colore lungo la traiettoria.

Ora pero’, e’ interessante capire da cosa siano determinati i colori verde e blu di cui stiamo parlando.

Su questo punto devo aprire una parentesi su molti siti di informazione scientifica o che pretendono di essere considerati tali. Se provate a cercare informazioni su internet, trovate che il colore verde e’ dovuto al cianogeno ma anche il colore blu e’ dovuto al cianogeno. Forse, e dico forse, si fa un po’ di confusione.

Per capire bene, vi mostro una tabella con gli elementi che possono essere presenti nella coda di una cometa e che emettono nello spettro del visibile:

Particelle a maggiore emissione
nel campo visibile
Molecole nm Ioni nm
CN 399 CO+ 426
C3 406 H3O+ 700
CH 435
C2 514

Vedete che il cianogeno,CN, emette a 399 nanometri. Cosa significa? Piccola digressione. Il cosiddetto spettro del visibile e’ quella banda di frequenze, o lunghezze d’onda, che i nostri occhi sono in grado di vedere. In questo spettro possiamo inserire appunto i diversi colori ognuno con una lunghezza d’onda diversa. Senza tanti giri di parole, vi mostro una seconda tabella:

Colore Frequenza Lunghezza d’onda
Violetto 668-789 THz 380–450 nm
Blu 631-668 THz 450–475 nm
Ciano 606-631 THz 476-495 nm
Verde 526-606 THz 495–570 nm
Giallo 508-526 THz 570–590 nm
Arancione 484-508 THz 590–620 nm
Rosso 400-484 THz 620–750 nm

Come vedete, partendo dal violetto si arriva fino al rosso aumentando la frequenza. Prima di questi valori abbiamo gli ultravioletti dopo gli infrarossi, bande di frequenze non osservabili ai nostri occhi.

Ora, il cianogeno, cosi’ come visto nella prima tabella, emette a 399 nanometri. Detto in altri termini, quando l’emissione di luce da parte di questo elemento e’ presente, la cometa apparira’ di un colore blu/violetto, come comprensibile utilizzando la seconda tabella. Notate inoltre come il colore verde abbia una lunghezzad’onda piu’ grande tra 495 e 570 nanometri. Capite dunque che il cianogeno non puo’ essere responsabile del colore verde che si osservava quando la Ison era in prossimita’ di Marte.

Sempre facendo riferimento alla prima tabella, e’ evidente che il colore verde era invece dovuto all’emissione di luce da parte di molecole di C2 che emettono luce intorno ai 514 nanometri.

Questo ci fa capire come, a volte, anche siti scientifici facciano confusione o forniscano informazioni non reali.

Ultima considerazione, ora che la cometa e’ divenuta blu, mostrando quindi la presenza di cianogeno, alcuni siti si sono lanciati nella speculazione su questo gas. Come e’ noto, si tratta di un composto tossico per l’essere umano se viene respirato. Ragioniamo, e’ contenuto in una cometa che, se anche superasse il perielio, si troverebbe a 60 milioni di kilometri da noi. Secondo voi c’e’ pericolo?

Nonostante questo, si stanno creando le condizioni per riproporre la truffa del 1910 quando al passaggio della cometa di Halley venne proposta la presenza di questo gas nelle code della comete, poi risultato reale. In quell’occasione molti buontemponi, leggasi truffatori, vendevano maschere antigas e pillole miracolose per difendersi dal pericolo del cianogeno che poteva arrivare sulla Terra.

Non mi meraviglierei se questa cosa venisse riproposta ora.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

Trovata plastica nello spazio?

14 Ott

Come sapete bene, oltre a commentare, o meglio lasciatemi dire, a smentire le tante notizie pseudoscientifiche che ogni giorno appaiono sula rete, scopo principale di questo blog e’ quello di cercare di fare, nei limiti delle nostre possibilita’, una corretta divulgazione scientifica. Ovviamente, prendere spunto dalle notizie catastrofiste ci consente di avere argomentazioni che, e sul motivo di questo ci sarebbe molto da scrivere, hanno sempre molto appiglio nelle persone e che spaziano sugli argomenti piu’ disparati.

Passando invece ora alla fase piu’ divulgativa di questo sito, vorrei parlarvi dei risultati di una ricerca apparsa solo pochi giorni fa sulla rivista Astrophyisical Journal. L’articolo rigurda l’evidenza di propilene nell’atmosfera di Titano, la piu’ grande delle lune di Saturno. Aspetto molto interessante di questa ricerca e’ che per arrivare a questo risultato si e’ utilizzato il CIRS, acronimo che sta per Composite Infrared Spectrometer, uno spettrometro infrarosso molto preciso e performante montato a bordo della sonda Cassini-Huygens. Questo strumento consente di poter isolare e identificare molecole con concentrazione anche molto ridotta rispetto alle altre.

Immagine con evidenza delle emissioni spettrali di Titano

Immagine con evidenza delle emissioni spettrali di Titano

Su molti giornali, senza mai dimenticare una buona dose di sensazionlismo, trovate articoli del tipo “trovata plastica su Titano”. Ovviamente, in questo articolo evitero’ di commentare le numerose leggende nate sulla rete riguardo alla presenza di plastica su Titano e da dove questa fosse venuta. A questo punto, conoscendo molto bene questa tipologia di siti, credo che siate in grado di poterlo immaginare da soli.

Perche’ si parla di plastica?

Per poter spiegare questa affermazione, e’ necesssario parlare di un po’ di chimica. Ovviamente, manterremo sempre un profilo divulgativo senza cercare di annoire i lettori.

Il propilene e’ alla base del polipropilene, molecola utilizzata nelle plastiche dei contenutori per alimenti e utilizzata anche per realizzare i paraurti delle macchine. Detto questo, capite da subito da dove e’ nata la storia della plastica trovata su Titano.

Parlare pero’ di propilene come plastica e’ formalmente sbagliato. Cerchiamo di capire il perche’. Molecole di questo tipo fanno parte degli idrocarburi, composti che hanno alla base catene piu’ o meno lunghe di atomi di carbonio. Tra questi composti possiamo distinguere tre famiglie principali: gli alcani, gli alcheni e gli alchini. I primi hanno atomi di carbonio legati da legami singoli e, dal momento che ciascun carbonio ha a disposizione quattro legami, i restanti saranno occupati da atomi di idrogeno. Negli alcheni e negli alchini, sono invece presenti anche legami carbonio-carbonio doppi e tripli, rispettivamente doppi negli alcheni e tripli negli alchini. Per quanto detto in precedenza, se due legami sono occupati legando un carbonio, ci saranno meno posti a disposizione per l’idrogeno e quindi, a parita’ di atomi di carbonio, gli alcani risulteranno piu’ pesanti degli alcheni e questi degli alchini.

Il propene, o propilene, e’ appunto l’alchene con tre atomi di carbonio in fila. Sempre con tre atomi di carbonio avremo poi il propano, l’alcano corrispondente, e il propino, l’alchino con legami tripli.

Fin qui niente di complicato. Negli anni precedenti, nell’atmosfera di Titano erano state trovate molecole sia di propano che di propino. Se volete, sempre con tre atomi di carbonio, mancava all’appello solo il propilene.

Bene, come mostrato dalla ricerca pubblicata in questi giorni, finalmente anche l’alchene con tre atomi di carbonio e’ stato trovato. Se volete, era l’unico che mancava all’appello ed e’ la prima volta che molecole di questo tipo vengono trovate fuori dal pianeta Terra.

Come detto all’inizio, identificare questa molecole nell’atmosfera di Titano non e’ stato assolutamente semplice. L’arduo compito del CIRS e’ stato proprio quello di identificare le emissioni del propilene, presente in concentrazioni molto piu’ basse di altri idrocarburi.

Perche’ sono presenti cosi’ tanti idrocarburi nell’atmosfera di Titano?

Titano e’ un corpo molto interessante per via di alcune caratteristiche che lo rendono in parte simile alla Terra, ha infatti un’atmosfera composita intorno e una pressione solo il 50% maggiore di quella della Terra. Vista la maggiore distanza dal Sole pero’, su Titano la presenza di acqua in forma liquida e’ fortemente svantaggiata. Su questo corpo sono presenti laghi e fiumi ma, al contrario di quelli terrestri, questi specchi sono composti da metano liquido. Sempre di metano liquido sono anche le numerose piogge che si registrano su Titano cosi’ come le nubi e le nebbie. Per analogia sulla Terra, si e’ sviluppato un ciclo del metano molto simile a quello dell’acqua che abbiamo da noi.

Proprio la presenza del metano consente la creazione di idrocarburi a catena piu’ lunga. Quando il metano evapora, a causa della radiazione solare, puo’ essere scisso e gli atomi cosi’ slegati possono ricombinarsi in catene piu’ lunghe formando in questo modo gli altri idrocarburi, tra cui anche il propilene da cui siamo partiti.

Perche’ e’ cosi’ interessante studiare Titano?

Come detto, questo corpo ha delle caratteristiche che lo rendono in parte simile alla Terra. Proprio per questo motivo, la sua atmosfera e’ studiata gia’ da diversi anni, anche come palestra per testare gli strumenti piu’ evoluti, come in questo caso il CIRS della sonda Cassini. Inoltre, Titano e’ uno di quei corpi studiati per capire se siano presenti forme vitali, ovviamente mi riferisco a microorganismi, che basano il loro ciclo sul metano piuttosto che sull’acqua come qui sulla Terra.

Oltre a questi fatti, vorrei sottolineare ancora una volta come, anche se a distanza maggiore dal Sole, su Titano siano presenti reazioni chimiche complesse con la produzione di strutture molecolari a lunga catena, aspetto che rende questo corpo estremamente affascinante da studiare.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

Una batteria … vivente

19 Set

Come sapete bene, diverse volte ci siamo soffermati a riflettere sulle cosiddette energie alternative. Il punto attualmente raggiunto non puo’ certo essere considerato l’arrivo per il nostro futuro energetico. I sistemi alternativi utilizzati su larga scala, principalmente solare e eolico, sono, allo stato attuale, sistemi a bassa efficienza. Fate attenzione, non voglio certo dire che lo sfruttamento di queste risorse sia inutile, tutt’altro. Quello che sto cercando di dire e’ che queste fonti non sono sfruttate al massimo e, vista la crescita esponenziale della richiesta di energia nel mondo, non potranno certo essere considerate, allo stato attuale, alternative al petrolio o ad altre fonti.

In questa ottica, di tanto in tanto, gettiamo uno sguardo alle ricerche in corso, per mostrare lo stato dell’arte ma soprattutto per vedere possibili fonti alternative in corso di studio.

Proprio in virtu’ di questo, vorrei parlarvi di un’invenzione pubblicata solo pochi giorni fa da un gruppo di ingegneri dell’Universita’ di Stanford. Come forse avrete letto sui giornali, e’ stata prodotta la prima pila a microbi.

Di cosa si tratta?

I microbi in questione appartengono alla famiglia degli elettrogenici, cioe’ microorganismi in grado di produrre elettroni durante la digestione. Detto in altri termini, durante il processo digestivo, questi microbi strappano un elettrone che rimane libero. Questa tipologia di batteri e’ conosciuta gia’ da diverso tempo, quello che pero’ sono riusciti a fare gli autori di questa ricerca e’ trovare il modo efficace di produrre energia da questo processo.

Prima di parlarvi dell’applicazione, vi mostro una foto del dispositivo in questione:

Batteria a microbi

Batteria a microbi

Guardando la foto, vi rendete subito conto che si tratta ancora di un prototipo non industrializzato. Per darvi un’idea, le dimensioni della provetta a cui sono attaccati i fili e’ paragonabile a quella di una batteria per cellulare.

Come funziona la pila?

Come detto, questi batteri producono elettroni liberi durante la digestione. La provetta che vedete contiene due elettrodi. Il primo e’ in carbonio e proprio su questo sono presenti i nostri microbi. Come vedete anche dalla foto, il liquido all’interno della provetta appare molto torbido. Non si tratta assolutamente di un effetto ottico, sono dei liquami veri e propri che offrono il nutrimento per la colonia di microbi presenti all’interno.

Uno dei microbi osservato al microscopio

Uno dei microbi osservato al microscopio

A questo punto, il discorso comincia ad essere piu;’ chiaro. Vengono messi i microbi su un elettrodo in carbonio. Il liquido offre il nutrimento per gli organismi che dunque mangiano felici e per digerire, invece dell’infantile ruttino, producono elettroni.

Sempre all’interno e’ presente un secondo elettrodo, questa volta in ossido di argento. Questo funge da collettore per la raccolta degli elettroni. Ora, per definizione, se avete un moto ordinato di cariche elettriche da un elettrodo all’altro, avete una normalissima corrente elettrica. Dunque, avete la vostra pila.

Come potete immaginare, per sua stessa definizione, questo genere di pile si “scarica” quando la concentrazione batterica e’ cresciuta troppo, scarseggia il nutrimento o quando l’elettrodo in lega di argento e’ saturo di elettroni sulla superficie. In questo ultimo caso, che poi rappresenta il collo di bottiglia della produzione di energia elettrica, basta sostituire l’elettrodo esausto con uno nuovo affinche’ il processo riparta.

Quali sono i vantaggi di questa pila?

Anche se il funzionamento puo’ sembrare molto semplice, questa invenzione apre scenari molto importanti non solo in campo energetico, ma anche ambientale. Come potete facilmente immaginare, questo processo potrebbe essere utilizzato per produrre energia dai liquami, utilizzando questi prodotti di scarto fortemente inquinanti in modo molto intelligente.

Dal punto di vista energetico, si pensa che il sistema possa essere in grado di estrarre circa il 30% del potenziale contenuto nei liquami. Detto in altri termini, la bateria avrebbe un rendimento intorno a questo valore. Pensate sia poco? Assolutamente no. Le normali celle solari attualmente utilizzate hanno efficienze medie intorno al 25%. Solo con celle di ultima generazione si riesce a superare di poco il 30%. Questo significa che il processo microbico ha un rendimento del tutto paragonabile a quello delle celle utilizzate nei pannelli solari.

Come anticipato, e come evidente, lo studio e’ ancora in fase prototipale. In particolare, il problema attuale e’ nel costo dell’elettrodo in ossido di argento che serve da collettore per gli elettroni. Il prezzo troppo alto, rende questo sistema ancora anti-economico e non adatto all’utilizzo su larga scala.

Detto questo, capite bene come questa ricerca sia tutt’altro che terminata. Gli sviluppi futuri sono proprio volti a trovare materiali economici adatti a chiudere il circuito. Il fatto di aver usato all’inizio un materiale piu’ costoso e’ del tutto normale se consideriamo che per prima cosa si doveva dimostrare la correttezza dell’intuizione.

Concludendo, proprio in questi giorni e’ stata pubblicata la ricerca che racconta la costruzione della prima pila a batteri. Questo sistema sfrutta i processi digestivi di alcune tipologie di microbi in grado di liberare elettroni. La batteria realizzata ha un’efficienza paragonabile a quella delle celle solari e la ricerca e’ attualmente impegnata per trovare materiali economici da utilizzare per la raccolta degli elettroni al posto del costoso ossido di argento.

 

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Un vetro spesso solo due atomi

18 Set

Come sappiamo bene, la storia della ricerca e della scienza in generale e’ piena di scoperte avvenute in modo del tutto casuale. Spesso, queste scoperte si rivelano di fondamentale imporanza per l’uomo e quello che contribuisce ancora di piu’ alla notorieta’ della scoperta e’ la non intenzione di base di arrivare a questi risultati.

Perche’ avviene questo?

Non potendo dare una risposta provata, mi limitero’ ad esporre un mio personale pensiero. In questo caso, a mio avviso, quello che rende cosi’ affascinanti queste scoperte per i non addetti ai lavori e’ proprio la casualita’ della scoperta. Questi meccanismi rendono la ricerca scientifica piu’ umana e vicina alle persone comuni. Pensare ad uno sbadato scienziato che lascia i suoi campioni fuori posto o senza pulirli e poi, tornando il giorno dopo, trova la scoperta che lo rendera’ famoso, e’ qualcosa che avvicina molto i ricercatori alle persone comuni, tutte con le loro distrazioni, pensieri e cose piu’ “terrene” da fare.

Se ci pensiamo, la stessa cosa e’ avvenuta per Flemming con la scoperta della penicillina. Come sicuramente sapete, anche in questo caso, la scoperta fu del tutto fortuita. Lo scienziato lascio’ alcuni batteri su cui stava lavorando in una capsula di cultura e parti’ per una vacanza. Al suo ritorno si accorse che all’interno della capsula vi era una zona in cui i batteri non erano cresciuti ed in cui era presente una muffa. Proprio da questa muffa si arrivo’ poi, anche se in diversi passi nel corso del tempo e perfezionando i metodi di produzione, alla penicillina, quell’importante salvavita che tutti conosciamo. Se vogliamo, la bravura del ricercatore e’ nell’interpretare e nell’accorgersi di avere tra le mani qualcosa di importante e non un risultato sbagliato o della sporcizia lasciata per caso.

Perche’ ho fatto questo cappello introduttivo?

Come potete immaginare, vi voglio parlare di una scoperta fortuita, forse meno “vitale” della penicillina, ma sicuramente molto affascinante e con importanti risvolti per il futuro. Si tratta, come forse avrete letto su molti giornali, della produzione del vetro piu’ sottile al mondo, appena due atomi.

Andiamo con ordine, parlando proprio di come ‘e stata fatta questa scoperta.

Un team di scienziati stava lavorando alla produzione di fogli di grafene, una struttura atomica composta di carbonio, spessa appena un atomo, ma con importanti prorieta’ sia chimiche che meccaniche. La produzione di questo grafene era fatta utilizzando ovviamente atomi di carbonio ma anche fogli di quarzo utilizzati per la deposizione.

Osservazione al microscopio della zona impura del grafene

Osservazione al microscopio della zona impura del grafene

Osservando al microscopio uno di questi fogli, gli scienziati si sono accorti che in una piccola parte era presente una regione di colorazione diversa rispetto al resto. Proprio mediante l’osservazione al microscopio e’ stato possibile determinare che si trattava di una struttura diversa da quella del grafene e composta di Silicio e Ossigeno. Questa non era una struttura casuale, ma gli atomi erano disposti in modo ordinato e formavano un foglio spesso appena due atomi.

Caratterizzando la struttura del foglio, gli scienziati si sono accorti che quello che stavano osservando era un vetro. non un vetro qualsiasi, ma il piu’ sottile vetro mai realizzato.

Dov’e’ la casualita’ della scoperta?

Ovviamente, nel laboratorio si stava producendo grafene che, come detto, e’ composto da atomi di carbonio. Da dove sono usciti Silicio e Ossigeno per il vetro? La risposta e’ quantomai banale ma affascinante. Secondo i ricercatori, una fuga d’aria all’interno della camera di produzione ha causato l’ingresso dell’ossigino e la conseguente reazione con il rame e con il quarzo contenuto all’interno per la produzione di grafene. Risultato, in una piccola zona del grafene si e’ formato un sottilissimo strato di vetro comune.

Come anticipato, parliamo di una scoperta affascinante ma che sicuramente non puo’ combattere con quella della penicillina. Perche’ pero’ e’ importante dal punto di vista scientifico?

Per prima cosa, il fatto che si tratti del piu’ sottile vetro mai realizzato e’ stato certificato inserendo questa scoperta nel libro dei Guiness dei Primati.

Oltre a questo, tornando invece a parlare di scienza, la struttura del vetro non e’ molto facile da capire. Come sapete, questo puo’ allo stesso tempo essere considerato sia un liquido che un solido. Detto questo, se si osserva un vetro al microscopio, non si riesce a distinguere bene la sua struttura atomica. Nella struttura amorfa della sostanza, si evidenziano sottoinsiemi disordinati di atomi, senza poter descrivere in dettaglio il posizionamento ed i legami che intercorrono tra di essi.

Nel caso dl vetro di cui stiamo parlando invece, proprio lo spessore cosi’ ridotto consente di poter distinguere chiaramente la posizione dei diversi atomi e quindi di avere una mappa delle posizioni di Ossigeno e Silicio. Come potete immaginare, dal punto di vista scientifico questa evidenza e’ di fondamentale importanza per poter classificare e comprendere a fondo i materiali amorfi a cui anche il vetro appartiene.

Oltre a questo, sempre gli scienziati coinvolti nella ricerca si sono accorti che la struttura ottenuta era molto simile a quella ipotizzata ben 80 anni prima, nel 1932, dal fisico norvegese Zachariasen. Costui dedico’ gran parte della sua carriera allo studio dei vetri e proprio nel 1932 pubblico’ l’articolo “The atomic Arrangement in Glass”. In questo articolo Zachariasen inseri’ alcuni suoi schemi relativi al posizionamento degli atomi all’interno del vetro. Come potete immaginre, si trattava di disegni ottenuti da considerazioni scientifiche personali. Bene, a distanza di oltre 80 anni, e’ stato possibile osservare direttamente la struttura del vetro e confermare le supposizoni fatte da Zachariasen.

Se vogliamo, fino a questo punto abbiamo mostrato il fascino della scoperta. La prossima domanda che potrebbe invece venire in mente e’: cosa ci facciamo con questo vetro?

Dal punto di vista applicativo, questa scoperta potrebbe avere negli anni a venire importanti ripercussioni su diversi campi. Per prima cosa, un vetro cosi’ sottile e’ praticamente privo di impurezze. Questo lo rende particolarmente appetibile per applicazioni di precisione su scala micrometrica, dove una minima variazione della struttura potrebbe comportare errori sistematici non prevedibili.

Inoltre, strutture come questa ottenuta, sono importantissime per la realizzazione di sistemi elettronici miniaturizzati. Anche qui, la purezza e’ uno dei requisiti fondamentali richiesti. Oltre a questa, un vetro cosi’ sottile puo’ essere pensato per applicazioni di microtrasmissione dei segnali, fondamentali, ad esempio, nei transistor.

Grazie a questa scoperta, possiamo dunque pensare di avere un metodo di produzione per spessori infinitesimali. I risultati di questa produzione potrebbero essere utilizzati per aprire la strada ad una miniaturtizzazione ancora piu’ spinta dei dispositivi elettroni che trovano largo uso in tantissimi “gadget” tecnologici che ci portiamo dietro.

Concludendo, la scoperta del vetro piu’ sottile al mondo e’ avvenuta quasi per caso. Dico “quasi” perche’ ovviamente stiamo parlando di scienziati seri e che erano impegnati su lavori molto importanti e di chiara importanza. Durante questi studi, si e’ evideniata la formazione fortuita di una zona vetrosa composta da ossigeno e silicio. Come visto nell’articolo, questa scoperta potrebbe avere importanti ripercussioni su tantissimi settori diversi che vanno dalla microelettronica, alla tramissione dei segnali, fino anche, perche’ no, ad applicazioni di fisica delle alte energie per lo studio e la realizzazione di rivelatori sempre piu’ innovativi.

 

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Troppi danni, i grandi alberi stanno morendo

6 Giu

In questi giorni, ho letto una notizia che mi ha fatto riflettere abbastanza. Come sapete bene, diverse volte su queste pagine ci siamo trovati a parlare di inquinamento e di antropizzazione dell’ambiente. In particolare, abbiamo affrontato molte volte il discorso “cause” analizzando in dettaglio le emissioni nell’ambiente, le tecniche per ridurle o eliminarle, gli sprechi della nostra attuale societa’, ecc.

Ora pero’, la notizia che vorrei raccontarvi, riguarda se volete gli “effetti” che le attivita’ stanno apportando sul nostro ecosistema, molto complesso e regolato da tantissimi parametri, molto spesso correlati tra loro. In genere, siamo abituati a vedere il pianeta come una spugna in grado di adattarsi molto bene alle nostre attivita’ e dunque in grado di resistere alle continue emissioni resistendo abbastanza bene alle nostre scellerate attivita’. Questa notizia purtroppo ci fara’ ricredere.

Da uno studio pubblicato sulla rivista “Science”, un team di ricercatori ha evidenziato come, a tutte le latitudini ed in ogni parte del globo, i grandi alberi secolari, con eta’ compresa tra 100 e 300 anni, stanno morendo ad un ritmo molto piu’ veloce rispetto a quello naturale che si era registrato in passato.

Perche’ sono importanti gli alberi secolari?

Cosi’ come avviene per i grandi mammiferi minacciati dall’estinzione, i grandi alberi secolari rappresentano gli organismi vegetali piu’ imponenti sulla Terra. Dal punto di vista ambientale, questi esemplari hanno importanti funzioni nella regolazione dei cicli del carbonio, assorbendo grandi quantita’ di anidride carbonica e soprattutto dando contributi fondamentali nei processi che avvengono nel terreno. Oltre a questo, gli alberi secolari fungono da habitat per moltissime specie sia animali che vegetali, contribuendo in questo modo alla creazione di miniecosistemi isolati e regolati da leggi di natura.

Come evidenziato dallo studio, di cui potete leggere l’abstract a questa pagina:

Science, scomparsa alberi secolari

il ritmo di scomparsa di questi alberi e’ notevolmente aumentato negli ultimi anni, minacciando notevolmente alcuni importanti parametri del globo. Come detto in precedenza, questo fenomeno sta avvenendo in diverse parti del mondo, indipendentemente dalla tipologia di albero.

Le cause che hanno portato a questo risultato sono in realta’ molteplici, ma tutte dovute all’attivita’ dell’uomo.

La prima causa e’ la richiesta di maggiori spazi per l’agricoltura. In questo senso, ampie zone di vegetazione vengono abbattute per creare campi o spazi aperti. Nelle zone rurali, questo e’ dovuto per la richiesta di nuovi spazi verdi, mentre, soprattutto nelle citta’, questa attvita’ viene utilizzata per creare nuovi spazi edificabili e rispondere alla sempre crescente domanda di nuclei abitativi.

La seconda causa e’ invece di tipo industriale. Come sappiamo bene, la deforestazione e’ una tecnica molto praticata e che viene utilizzata soprattutto per reperire materie prime, ma anche, riallacciandosi alla prima causa, per lasciare spazio libero al posto delle foreste e dei boschi.

L’ultimo motivo e’ invece direttamente connesso con l’inquinamento. Come sappiamo bene, al contrario di quanto sostenuto da alcuni catastrofisti, il riscaldamento globale sta determinando un incremento delle temperature medie sul pianeta. Ora, possiamo discutere, come fatto in pasato, su quale contributo sia dovuto alle emissioni umane e quanto invece sia determinato da naturali variazioni climatiche che avvengono sulla Terra. In questo contesto, questo discorso non e’ importante. Quello che conta e’ che, il riscaldamento globale, determina una minore disponibilita’ di acqua per le piante, provocando siccita’. Il minor apporto di acqua e’ una delle cause principali della scomparsa degli alberi secolari.

Molto spesso, non viene fatto nulla per arginare il fenomeno della moria dei grandi alberi. Come detto all’inizio, cosi’ come avviene per gli animali a rischio estinzione, queste specie vegetali ricoprono un’importanza strategica e funzionale per il nostro pianeta. Detto questo, si dovrebbe cercare di preservare gli esemplari piu’ antichi, oltre ovviamente a diminuire i fenomeni di deforestazione massiccia che stanno interessando tutto il mondo.

Concludendo, come evidenziato dall’articolo di Science, in tutte le parti del mondo c’e’ un aumento della moria di alberi secolari ad un ritmo molto piu’ elevato degli anni precedenti. Le cause di questo sono da ricercarsi nelle attivita’ dell’essere umano ma anche nel riscaldamento globale che determina maggiori periodi di siccita’ per le piante. Dal punto di vista ambientale, eliminando il discorso sentimentale, queste piante ricorprono un ruolo molto importante nell’ecosistema con un compito fondamentale nei diversi cicli delle sostanze chimiche, oltre ad offrire habitat specifici per diverse specie animali e vegetali.

 

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Uno sguardo ai materiali del futuro

27 Apr

In questi giorni, diversi giornali hanno pubblicato una notizia riguardante la scoperta di un nuovo materiale. La caratteristica principale, che tanto sta attirando attenzione, e’ l’estrema leggerezza unita alla notevole resistenza dei composti di questo materiale. Poiche’, leggendo in rete, ho visto tantissime imprecioni, credo sia interessante parlare di questa “scoperta”.

Il materiale in questione e’ il Grafene Aerogel. Ho messo “scoperta” tra virgolette, perche’, se proprio vogliamo essere precisi, questi materiali non vengono scoperti dal nulla, ma sono sintetizzati partendo da sostanze note. Il grafene aerogel e’ dunque stato “inventato” dai ricercatori della Zheijiang University ed e’ un materiale a base di carbonio.

Parliamo subito della sua caratteristica principale, la leggerezza. Il Grafene Aerogel rappresenta, ad oggi, il materiale meno denso in assoluto. Prima di questa invenzione, il record spettava all’Aerografite, con una densita’ di “ben” 0,2 mg/cm^3. Oggi, questo record e’ stato spazzato via dal Grafene Aerogel, con una densita’ di soli 0,16 mg/cm3.

Per darvi un’idea della leggerezza di questo materiale, vi mostro una foto molto interessante:

Dimostrazione della leggerezza del Grafene Aerogel

Dimostrazione della leggerezza del Grafene Aerogel

Come vedete, un blocchetto di Grafene Aerogel e’ talmente leggero da non piegare nemmeno la spiga in foto.

Anche se poco conosciuto dai non addetti ai lavori, negli ultimi anni e’ nato proprio un nuovo settore della tecnologia, interamente mirato alla sintetizzazione di nuovi materiali di questo tipo.

Cosa sarebbe il grafene aerogel?

Per prima cosa, analizziamo i singoli termini. Il grafene altro non e’ che un materiale formato da un singolo strato di atomi di carbonio. In questo senso, lo spessore del grafene e’ pari al diametro atomico. Il carbonio che compone il grafene e’ disposto in strutture esagonali ed e’ ottenuto in laboratorio partendo dalla grafite. Tutti questi composti, insieme anche al fullerene, al diamante e ai nanotubi, sono a base di atomi di carbonio, disposti in maniera diversa per formare un reticolo, come mostrato in questa immagine:

Diversi materiali ottenuti dal carbonio

Diversi materiali ottenuti dal carbonio

L’introduzione del grafene e’ risultata molto importante nella realizzazione di componenti elettronici estremamente piccoli e con caratteristiche elettriche non raggiungibili con le tecnologie standard.

Il termine aerogel, indica invece un materiale simile al gel, nel quale pero’ la fase liquida e’ stata sostituita con un gas. Il primo aerogel realizzato era a base di silicio, e presentava uan densita’ 1000 volte inferiore a quella del vetro. I comuni aerogel, a base di silicio, di allumina o altri elementi, trovano larghissima applicazione in diverse soluzioni industriali. Solo per darvi un’idea, gli utilizzi dell’aerogel vanno dall’isolamento termico fino all’uso nei cosmetici e nelle vernici come addensatori pasando anche per applicazioni spaziali nella studio della polvere cosmica. La foto seguente mostra proprio un ricercatore della NASA che mostra un pezzo di aerogel di Silicio:

Aerogel in un laboratorio della NASA

Aerogel in un laboratorio della NASA

Acnhe se puo’ sembrare un fotomontaggio, si tratta di una foto reale. Quello che vedete mostrato e’ un pezzo di aerogel con le sue straordinarie proprieta’ di leggerezza e trasparenza.

Vista la struttura degli aerogel, capite bene come nel caso del grafene questo termine sia utilizzato in realta’ a sproposito. Spesso, si utilizza il termine aerogel anche per indicare materiali a base di carbonio, come il Grafene Aerogel, nel quale moltissimi spazi sono riempiti di aria per ottenere ottime proprieta’ di leggerezza.

Detto questo, una domanda molto semplice che potrebbe essere fatta e’: “a cosa servirebbe il Grafene Aerogel?”

Forse stavate pensando che l’invenzione di questo materiale servisse solo per continuare la sfida tra centri di ricerca su chi preparava il materiale piu’ leggero. In realta’, non e’ cosi’.

Il grafene aerogel trovera’ spazio in moltissime applicazioni, anche di carattere ambientale.

Per prima cosa, questo materiale, proprio grazie alla sua struttura atomica, si comporta come una spugna, essendo in grado di catturare all’interno notevoli quantita’ di altre sostanze riempiendo gli interstizi occupati dall’aria. Per darvi qualche numero, un solo grammo di Grafene Aerogel riesce a trattenere fino a 70 grammi di materiali organici. Pensate ad un’applicazione molto utile: in uno scenario in cui ci sia un riversamento, ad esempio, di petrolio in mare, il grafene aerogel potrebbe essere utilizzato per assorbire gli oli molto rapidamente ripulendo la zona. Inoltre, date le sue proprieta’, basterebbe “spremere” la spugna per renderla di nuovo utilizzabile e recuperare anche il petrolio disperso.

Il grafene aerogel ha anche straordinarie proprieta’ elastiche. Ad uno sforzo di compressione, questo maeriale riesce ad assorbire fino a 900 volte il suo peso, tornando, in modo perfettamente elastico, alla forma originale. Questa caratteristica lo rende un ottimo candidato per applicazioni meccaniche avanzate.

Visto che ne abbiamo parlato introducendo la classifica dei materiali piu’ leggeri, anche l’aerografite trova spazio in importanti settori industriali. E’ in corso di studio la produzione di batterie basate su questo materiale e che consentiranno, a parita’ di peso, di ottenere durate molto maggiori, caratteristica fondamentale nell’utilizzo, ad esempio, nei veicoli elettrici. Inoltre, l’aerografite puo’ essere utilizzata per la preparazione di filtri molto efficienti per ripulire l’aria e l’acqua da inquinanti potenzialmente molto dannosi per l’essere umano.

Detto questo, capite molto bene l’importanza di questo genere di ricerche. Il continuo studio di nuovi materiali consente di rendere piu’ semplici svariate applicazioni e di ottenere caratteristiche del tutto impensabili con i materiali tradizionali. Come visto, parlando in generale di questi nuovi materiali, le applicazioni vanno dalla salvaguardia ambientale fino alla miniaturizzazione dell’elettronica. Inoltre, alcuni materiali, sviluppati proprio nell’ambito di questi progetti, consentono gia’ oggi di ottenere, ad esempio, transistor di dimensioni quasi atomiche, batterie basate su supercondensatori o anche microprocessori di dimensioni nanometriche. Sicuramente, quando pensiamo ad applicazioni che oggi potrebbero ancora sembrarci lontane nel tempo, dobbiamo pensare che saranno realizzate partendo da materiali di questo tipo.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.