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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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Scisti e Gas Naturale

26 Apr

Sempre piu’ spesso si sente parlare del cosiddetto “Gas di Scisto” o “Shale Gas”, da sempre associato anche alla tecnica della fratturazione idraulica. Questi termini stanno prepotentemente entrando nel linguaggio comune, anche se spesso vengono confusi con altri o spiegati male. Proprio per questo motivo, diversi utenti mi hanno chiesto di scrivere un post su questi argomenti.

Partiamo proprio dalle basi, cosa sarebbe lo Shale Gas? Come sappiamo bene, fino a qualche anno fa, quando si parlava di gas, si intendevano i giacimenti di gas naturale che vengono identificati in varie parti del pianeta e da cui viene estratto il gas mediante delle perforazioni verticali. In questo caso, si parla di “giacimenti” di gas naturale, cioe’ di aree del sottosuolo in cui si trova imprigionato il gas e che vengono raggiunte dalle nostre trivelle.

Foto di uno scisto argilloso

Foto di uno scisto argilloso

Gia’ da diversi anni invece, e’ stato scoperto che una notevole quantita’ di gas, principalemente metano, e’ intrappolata all’interno degli scisti presenti nel sottosuolo. Per scisti si intendono quelle rocce che tendono a sfaldarsi lungo piani particolari e che sono prodotti da argille sottoposte, nel sottosuolo, ad alte pressioni e temperature. Questo termine viene messo in contrapposizione alle gneiss, che invece presentano una “scistosita’” meno marcata, cioe’ non si sfaldano lungo piani orizzontali.

Cosa hanno di speciale questi scisti? Dal punto di vista dello sfruttamento energetico, come anticipato, negli scisti possono essere accumulate grosse quantita’ di gas, derivante dalla decomposizione di microorganismi rimasti intrappolati nelle argille durante la formazione.

Ovviamente, mentre nel caso dei giacimenti convenzionali basta raggiungere il serbatoio naturale per estrarre il gas, nel caso degli scisti e’ necessario “fratturare” le argille per far uscire il gas.

Fino a qualche anno fa, le tecniche sfruttabili per l’estrazione del gas da scisti erano considerate troppo dispendiose e questo rendeva l’estrazione poco conveniente.

Poi cosa e’ cambiato?

Come anticipato, solo qualche anno fa, e’ stata introdotta la tecnica della fratturazione idraulica, di cui abbiamo parlato in questi post:

Fratturazione idraulica

Una prova del fracking in Emilia?

Come ricorderete, questa tecnica e’ stata piu’ volte chiamata in causa soprattutto per la presunta connessione che ci potrebbe essere tra la fratturazione idraulica, o fracking, e l’insorgenza di forti terremoti nel mondo. Secondo molti complottisti, proprio il massiccio ricorso alla fratturazione sarebbe la causa degli ultimi devastanti terremoti registrati nel mondo, tra cui anche quello dell’Emilia del 2012.

Di questa presunta connessione tra fracking e terremoti, abbiamo gia’ parlato nei post precedenti. Come evidenziato, e’ stato confermato a livello scientifico che la fratturazione potrebbe causare terremoti di lieve intensita’ nelle zone in cui viene estratto gas di scisto, anche se queste non sono normalmente interessate da fenomeni sismici. Attenzione, come sottolineato, si tratta di fenomeni di “lieve intensita’”, causati dalla rottura delle rocce nel sottosuolo. Non esiste nessuna relazione tra fratturazione e terremoti di alta intensita’. Questa connessione viene solo citata da fonti complottiste per cercare di farvi credere cose non vere o per speculare su fenomeni naturali che, purtroppo, molto spesso sono responsabili di numerose vittime quando si presentano con forte magnitudo.

Detto questo, cerchiamo di capire meglio, non solo a livello tecnico, il perche’ del ricorso al fracking.

Lo sfruttamento del gas di scisto, a partire dal 2010, ha permesso di ridisegnare gli equilibri economici a livello mondiale. I paesi piu’ ricchi di questa risorsa sono gli Stati Uniti, la Cina, il Canada e anche alcuni paesi europei come la Polonia. Ora, ragioniamo su questo fatto. Se prima un paese come gli Stati Uniti era uno dei principali importatori di gas naturale dalla Russia, cosi’ come l’Europa, il possibile sfruttamento di questa nuova risorsa non convenzionale permette di passare da un dipendenza energetica alla completa autosufficienza. Proprio questi interessi economici hanno dato il via ad uno sfruttamento massiccio, indiscriminato e prematuro del fracking.

Come visto negli articoli precedenti, nella fratturazione idraulica, notevoli quantita’ di acqua ad alta pressione vengono flussate nel sottosuolo per rompere gli scisti ed estrarre il gas. Oltre alla normale acqua, viene utilizzata sabbia e una frazione compresa tra lo 0,5% e l’1% di sostanze chimiche. Queste aggiunte sono utili per aumentare il potere di fratturazione del fluido e dunque incrementare l’efficienza di estrazione del gas.

Come anticipato, su molti siti si parla di fracking solo ed esclusivamente ponendo l’attenzione sul rischio, come visto del tutto infondato, della “creazione” di terremoti. Quello che purtroppo e’ poco noto, e’ che il rischio sismico e’ assolutamente l’ultimo dei problemi di questa tecnica.

Prima di tutto, nelle prime fasi della fratturazione, una quantita’ variabile di metano potrebbe fuoriuscire dal pozzo senza che questa venga raccolta. Il metano e’ un notevole gas serra, con un effetto ben 70 volte maggiore di quello dell’anidride carbonica. Ovviamente, si parla di quantita’ non eccessive disperse nell’aria, ma un ricorso massiccio di questa tecnica, con la creazione di migliaia di pozzi nel mondo, causerebbe un danno ambientale sicuramente non trascurabile. Come sapete bene, i protocolli ambientali impongono una riduzione di gas serra per contenere l’aumento globale delle temperature. Sicuramente, migliaia di emissioni di metano in atmosfera, non aiuterebbero in questo senso.

Inoltre, la trivellazione orizzontale potrebbe causare la fuoriuscita di radiazione naturale dal sottosuolo. Ovviamente, non stiamo creando un allarme, ma i materiali radioattivi naturali presenti nel sottosuolo possono essere trivellati e fratturati in questi processi, causando l’emissione di particelle in prossimita’ del pozzo. In alcuni pozzi degli Stati Uniti, questo effetto e’ stato gia’ evidenziato mostrando il reale rischio per gli abitanti del luogo o anche per gli operatori.

Ma il reale problema nell’utilizzo de fracking e’ la possibilita’ di inquinamento delle falde acquifere. Come anticpato, nella fratturazione viene utilizzata oltre all’acqua anche sabbia e additivi chimici. Questi, insieme anche al metano che sfugge, possono disperdersi nelle falde acquifere, creado seri rischi di contaminazione.

A riprova di questo, vi mostro un video davvero incredibile registrato negli Stati Uniti, dove questa tecnica e’ stata largamente utilizzata, e che mostra alcuni problemi dell’inquinamento delle falde:

Come visto, alcune famiglie americane, hanno scoperto che l’acqua dei loro rubinetti e’ divenuta incendiabile. Come potete capire, questo risultato e’ dovuto alla dispersione di metano nelle falde acquifere. Se volete, il video mostra solo il lato spettacolare di questa contaminazione, ma, purtroppo, esiste anche un reale problema di salute delle persone che bevono acqua non pura.

Detto questo, non voglio affatto demonizzare l’utilizzo del fracking. La nostra societa’ ha un continuo bisogno di risorse naturali e la domanda continua ad aumentare a ritmi vertiginosi nel corso degli anni. Lo sfruttamento del gas di scisto, consentirebbe di ridisegnare gli equilibri economici ma soprattutto darebbe accesso a notevoli giacimenti di gas naturale sepolto in strati relativamente superficiali del nostro pianeta. Prima di poter dire no allo sfruttamento di una risorsa, dobbiamo sempre fare i conti con quello che abbiamo. Nessuno di noi, anche tra i piu’ fondamentalisti, rinuncerebbe alle proprie comodita’. Questo e’ un punto di vista ragionevole e proprio per questo si devono sempre cercare nuove soluzioni per soddisfare i nostri bisogni soprattutto energetici. Questo pero’ non deve precludere un’attenta analisi ambientale e dei potenziali pericoli che una nuova tecnica potrebbe avere sul pianeta e sugli esseri umani.

Solo per concludere, vi voglio mostrare una foto che trovo molto bella e che riguarda proprio lo shale gas:

La cascata della fiamma a Buffalo

La cascata della fiamma a Buffalo

si tratta della cosiddetta “Cascata della fiamma Eterna” nel parco naturale di Buffalo negli USA. La fiamma che vedete dietro la cascata e’ alimentata dal gas sprigionato da uno scisto formato circa 350 milioni di anni fa e sepolto alcune centinaia di metri nel sottosuolo.

Proprio lo studio di questa fiammella ha dato il via a nuove considerazione sul gas di scisto. In questo caso, la presenza appunto della fiamma, indica che il gas proviene dal sottosuolo in modo naturale e fuoriesce con una certa pressione. La risalita del gas fino alla superficie e’ stata provocata da recenti movimenti tellurici che dunque hanno aperto la strada al gas portandolo in modo naturale fino in superficie.

La continua fuoriuscita di gas indica dunque la presenza di un serbatoio in pressione nel sottosuolo, cosa considerata impossibile fino a qualche mese fa. Questa scoperta apre dunque gli scenari a nuovi possibili sfruttamenti del gas di scisto, senza ricorrere alla tecnica della fratturazione idraulica. Cosi’ come avviene a Buffalo, questi serbatoi naturali potrebbero essere presenti in altre parti del pianeta, in attesa solo di essere scoperti e sfruttati in modo del tutto sicuro.

Concludendo, lo shale gas rappresenta una fonte enorme in attesa di essere sfruttata. Purtroppo, gli interessi economici, spesso tendono ad accelerare i processi saltando tutta una serie di analisi scientifiche necessarie. Come visto, la tecnica della fratturazione idraulica presenta notevoli problematiche a livello ambientale, molto piu’ serie dell’assolutamente innocuo rischio sismico. Sicuramente, una ricerca attenta su questa risorsa consentira’ in un futuro molto prossimo lo sfruttamento del gas dagli scisti ma ovviamente senza mettere in pericolo l’ambiente e la sicurezza delle persone.

 

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