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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.

Esopianeti che non dovrebbero esserci

17 Giu

Nell’ambito della ricerca della vita fuori dal sistema solare, diverse volte abbiamo parlato di esopianeti:

A caccia di vita sugli Esopianeti

Nuovi esopianeti. Questa volta ci siamo?

Come visto, questi corpi, orbitanti intorno ad una stella centrale, cosi’ come avviene nel nostro Sistema Solare, sono molto studiati perche’ consentono di aprire una finestra nell’universo a noi vicino. Lo studio di questi corpi e la loro posizione, consente dunque di determinare quali e quanti pianeti potrebbero esserci in grado di ospitare la vita. Come sottolineato diverse volte, dire che un pianeta e’ in grado di ospitare la vita, non significa assolutamente affermare che questa si sia veramente formata. In questi casi, parliamo di “fascia di abitabilita’”, appunto per indicare la presenza di pianeti ad una distanza tale dalla loro stella, adatta a creare le condzioni minime per lo sviluppo della vita. Molto lavoro e’ in corso su questi esopianeti, prima di tutto per studiare la tipologia dei corpi, ma soprattutto perche’ questi sistemi planetari offrono un laboratorio eccezionale per capire l’origine del nostro stesso sistema Solare.

Immagine pittorica del sistema Hydrae

Immagine pittorica del sistema Hydrae

In tal senso, il sistema TW Hydrae, e’ uno dei principali, trovandosi ad appena 180 anni luce da noi ma soprattutto perche’ e’ un sistema molto giovane. Il sistema planetario e’ costituito da una nana rossa centrale, con una massa solo di poco inferiore a quella del nostro sole (circa il 70%). Come detto, si tratta di un sistema molto giovane che si e’ formato “appena” 8 milioni di anni fa e proprio per questo motivo, i processi di formazione e aggregazione di materia sono ancora in corso.

Solo pochi giorni fa, e’ stato pubblicato un importante articolo che riguarda l’osservazione di un piccolo pianeta nel sistema TW Hydrae con una massa compresa tra le 6 e le 28 masse terrestri. Cosa ha di tanto speciale questo pianeta? La particolarita’ e’ che questo pianeta orbita ad una distanza di circa 12 milioni di kilometri dalla stella centrale, cioe’ in una zona dove, secondo gli attuali modelli, questo pianeta non dovrebbe esistere.

Da dove nasce questa affermazione?

Prima di tutto, come discusso in altri articoli, i pianeti vengono formati per aggregazione di materia dal disco orbitante intorno alla stella centrale. Per circa 3 milioni di kilometri prima del piccolo pianeta, non c’e’ materiale utile per l’accrescimento del corpo. Inoltre, dai modelli conosciuti, un corpo del genere avrebbe impiegato un tempo lunghissimo, molto piu’ lungo dell’intera vita del sistema planetario, per formarsi.

Per fare un esempio, Giove si e’ formato in un tempo di circa 10 milioni di anni. Il piccolo pianeta avrebbe richiesto un periodo circa 200 volte piu’ lungo per aggregare il materiale, contro una stima dell’eta’ del sistema planetario di soli 8 milioni di anni.

Capite dunque l’importanza di questa osservazione. Ovviamente, il tutto dovra’ poi essere verificato con ulteriori misurazioni. Ad oggi, l’osservazione in questione e’ stata possibile grazie all’uso della camera sensibile al vicino infrarosso e allo spettrometro presenti sul telescopio Hubble.

Per farvi capire l’importanza delle successive misurazioni, ad oggi, gli strumenti utilizzati non consentono, ad esempio, di visualizzare il disco di materiale intorno alla stella centrale. Il motivo di questo e’ di facile comprensione, le emissioni da parte dell’idrogeno vengono automatiamente riassorbite all’interno del disco non apparendo visibili all’esterno.

Esistono ovviamente teorie alternative gia’ formulate e che potrebbero in qualche modo spiegare la presenza del pianeta in quella posizione. Una delle piu’ discusse e’ quella che vorrebbe la possibilita’ che il disco di accrescimento diventi instabile in alcuni casi, portando dunque materiale in zone piu’ lontane dalla stella centrale e consentendo la formazione di pianeti molto periferici.

Concludendo, la presenza di questo piccolo esopianeta orbitante a distanza cosi’ elevata dalla stella centrale, non sarebbe spiegabile con i modelli attualmente accettati. Questa scoperta implica dunque una ridiscussione di alcuni meccanismi di formazione, appunto per capire come sia possibile formare oggetti massivi a distanza cosi’ elevata dal corpo centrale. Ovviamente, questo non significa assolutamente che i precedenti modelli siano da buttare. Cosi’ come avviene nelle scienze, l’osservazione di un fenomeno non aspettato, spinge ad una ridefinizione di alcuni modelli, dal momento che si potrebbero essere raggiunti i limiti di validita’ di quelli attualmente utilizzati. Sicuramente, per la sua piccola distanza e la giovane eta’, il sistema TW Hydrae ci offre un laboratorio senza eguali per comprendere e studiare i meccanismi di formazione dei pianeti del nostro universo, e, duqnue, anche del nostro sistema solare. Come vedete, il bello della scienza e’ anche questo; trovare qualcosa che non ci si aspettava e spingersi oltre per aumentare la conoscenza e la comprensione della natura.

 

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