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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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Che fine ha fatto il buco dell’ozono?

8 Apr

Un nostro affezionato e sempre attento lettore, ha lasciato un commento molto interessante in questo post:

Troppo caldo … aumenta il ghiaccio?

L’interessante domanda e’ semplicemente: “che fine ha fatto il buco dell’ozono?”.

Pensandoci bene, la domanda e’ molto interessante. Negli anni ’90, tutti i giorni sentivamo parlare di buco dell’ozono, di CFC, di importanza di questo gas per salvaguardare la vita sulla Terra. Questi discorsi sono continuati per diversi anni, quando poi, ad un certo istante, sono scomparsi da ogni parte. Come mai? Il buco dell’ozono non fa piu’ notizia?

In realta’ non e’ cosi’, e proprio per dimostrare questo, ho deciso di scrivere questo articolo per mostrare le ultime misure fatte su questo importante strato e, almeno una volta tanto, per mostrare anche i successi ottenuti mediante le restrizioni nell’utilizzo dei CFC.

Al solito, andiamo con ordine.

Ovviamente, parlando di buco dell’ozono, stiamo trattando un tema noto a tutti. Lo strato di ozono in atmosfera protegge la Terra dalle componenti dannose della radiazione solare che sarebbero nocive per la vita degli esseri umani. In realta’, la scoperta di questo strato protettivo risale alla meta’ del XX secolo, mentre l’evidenza del suo assottigliamento e’ ancora piu’ recente e risalente agli anni ’70.

Solo per completezza di informazioni, e’ necessario distinguere tra “buco dell’ozono” e “riduzione dell’ozono”. Questi due fenomeni molto spesso vengono confusi tra loro anche se si tratta di meccanismi in linea di principio distinti. Lo strato di ozono circonda tutta la nostra Terra e, a partire dagli anni ’80, si e’ osservato un assotigliamento di questo strato. Questo e’ quello che chiamiamo “riduzione”. Ora pero’, l’ozono, che altro non e’ che una molecola di O3, viene formato principalmente alle latitudini tropicali a causa del maggior irraggiamento per opera del Sole. L’ozono prodotto viene poi trasportato maggiormente, a causa della circolazione globale, alle piu’ alte latitudini dove tende ad accumularsi. Proprio ai poli, si e’ osservata una riduzione maggiore e localizzata dello strato che va a formare quello che viene comunemente chiamato “buco dell’ozono”.

Perche’ e’ cosi’ importante lo strato di ozono? Come anticipato, questo gas e’ fondamentale per schermare alcune componenti della radiazione solare che sono direttamente dannose per gli esseri umani. L’ozono riesce infatti a fermare gran parte della radiazione ultravioletta solare, in grado di provocare melanomi e altri tumori negli esseri umani.

I principali elementi chimici in grado di distruggere l’ozono sono, come sicuramente tutti sanno, il Cloro ed il Bromo. Come avviene questa distruzione? Prendiamo ad esempio il Cloro. Questo elemento reagisce con l’ozono, rompendo i legami chimici e formando ossigeno molecolare piu’ ossido di cloro. L’ossido di cloro, ClO, a sua volta attacca un’altra molecola di ozono formando biossido di Cloro, ClO2, piu’ un altro ossigeno. Capite subito come da un singolo atomo di cloro, si siano distrutte due molecole di ozono a seguito di due reazioni a catena e di come questo processo sia dunque molto rapido.

Purtroppo, come evidenziato in molti lavori, l’emissione di alogeni come cloro e bromo avviene principalmente per cause umane. La principale sorgente di emissione di cloro in atmosfera erano i tristemente noti CFC, cioe’ i gas utilizzati nei sistemi di refrigerazione, frigoriferi, impianti di aria condizionata, ma anche come propellenti nelle bombolette spray.

Proprio per questo motivo, nel 1987, venne firmato da molti paesi al mondo il protocollo di Montreal che imponeva una drastica riduzione dei CFC utilizzati nei prodotti industriali. Anche dopo il 1987, il protoccollo venne firmato sempre da piu’ paesi dal momento che, come dimostrato dalle osservazioni dai satelliti, una volta creato, il buco nelle zone polari si sarebbe espanso sempre piu’ velocemente.

A proposito di immagini satellitari, vi riporto anche un’immagine che mostra una ricostruzione fatta al pc con i dati raccolti dai satelliti dell’ESA e che mostrano il buco sull’antartide alla sua massima estensione nel 2006:

Buco dell'ozono alla massima estensione nel 2006. Fonte: NASA

Buco dell’ozono alla massima estensione nel 2006. Fonte: NASA

Per darvi un’idea, nell’immagine in questione, il buco dell’ozono aveva un’estensione di circa 30 milioni di kilometri quadrati.

Ora pero’, veniamo alle buone notizie.

Dopo la messa la bando dei CFC nei prodotti industriali, il buco dell’ozono ha iniziato a restringersi sempre piu’ velocemente, cosi’ come il fenomeno della riduzione dello strato sta rientrando nella norma.

 

Estensione del buco dell'ozono nel corso degli anni

Estensione del buco dell’ozono nel corso degli anni

Ovviamente, trattandosi di processi naturali, lenti e complessi, non possiamo certo pensare che dall’oggi al domani tutto ritorni nelle condizioni iniziali. Nella figura riportata a lato, viene mostrato in particolare il buco nello strato sopra l’antartide nei diversi anni di osservazione. Come potete notare, la zona scoperta si sta riducendo di anno in anno proprio grazie al cambio di rotta imposto nelle politiche industriali.

Oggi, ovviamente, vista la sua importanza, lo strato di ozono e’ continuamente monitorato anche mediante l’utilizzo di satelliti geostazionari. Purtroppo, come anticipato, il ritorno alle condizioni ottimali e’ un processo ancora lento e che dovra’ essere fatto giorno per giorno. Dai dati riportati dall’ESA, si stima che, al ritmo attuale, si dovra’ attendere almeno fino al 2050 per poter tornare nella situazione che si aveva prima degli anni ’70.

Concludendo, anche se il buco dell’ozono probabilmente non fa piu’ notizia, questo importante scudo per la nostra incolumita’ e’ costantemente controllato a livello scientifico. La messa al bando dei CFC sta dando ottimi risultati in termini di ripristino dello strato di ozono e diminuzione dei buchi che si erano osservati sopra i poli. Essendo un processo lento, si dovra’ continuare in questa direzione e ci vorranno ancora parecchi anni prima di poter ripristinare del tutto i danni fatti solo ed esclusivamente dagli esseri umani.

 

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