1 Palin Reazione

#Area Heisenberg
Cella a combustibile ‘PEM’
V. Se questi numeri suonano un po’ oscuri,
si può ragionare in termini di calore emesso
durante la reazione: l’idrogeno emetterebbe
tre volte più calore del petrolio [3] . In più, la
produzione sarebbe totalmente non inquinante
in quanto, come si vede dalle reazioni in
alto, l’unico prodotto sarebbe della semplice
acqua pura (H2O). Un altro punto a favore
delle celle a combustibile rispetto ai tradizionali
motori a scoppio alimentati da combustibili
fossili consisterebbe nell’efficienza: la
cella a combustibile è un motore elettrico e,
in quanto tale, non incorrerebbe nelle limitazioni
imposte dal Ciclo di Carnot come nel
caso dei motori termici come quello a scoppio,
il cui rendimento è limitato dalle temperature
in ingresso e in uscita. Questo porterebbe
le celle a combustibile a rendimenti al
di sopra del 50% e, in alcuni casi, fino all’80%
mentre i motori a benzina e diesel si attestano
più o meno tra il 30 e il 40% (per le temperature
a cui operano).
Pila - Motore a scoppio. Fonte: Treccani.it
I condizionali appena usati sono però d’obbligo
in quanto l’idrogeno è un combustibile
difficile da trattare in tutte le fasi della produzione
energetica, come la sintesi dell’idrogeno
stesso, il suo immagazzinamento (storage), il
trasporto e infine la reazione chimica capace
di produrre energia (in copertina) per realizzare
ciò che viene chiamato comunemente
ciclo dell’idrogeno. Da almeno tre decadi la
comunità scientifica si sforza quotidianamente
di ottimizzare ogni passo del ciclo, riunendo
competenze che vanno dalla chimica pura
all’ingegneria energetica, dalla scienza dei
materiali agli impianti elettrici industriali.
Efficienza voltaggio. Fonte: Treccani.it
La reazione stessa infatti trova nella riduzione
dell’ossigeno una sorta di barriera da
superare piuttosto significativa, chiamata in
gergo barriera di potenziale, che ne limita
il rate (tasso di reazione). Questa proprietà
purtroppo ne abbassa le reali prestazioni,
arrivando a generare voltaggi tra lo 0.6 e 0.9
V o anche minori in caso di correnti elettriche
più elevate. Per mitigare il problema, il
catodo conduttivo nella cella va arricchito
con catalizzatori che ne aumentino la reattività
(abbassino insomma la barriera di potenziale)
e quindi le prestazioni. I metalli nobili
come il platino, ad esempio, hanno un’ottima
efficacia in tal senso, ma sono così costosi da
costringere gli addetti ai lavori a grandi sforzi
per ridurre al minimo gli sprechi (economici
e ambientali).
Anche l’utilizzo dell’idrogeno, elemento principale
coinvolto nel ciclo, non è privo di
inconvenienti. Come poter convogliare, immagazzinare
e trasportare infatti l’elemento più
leggero e reattivo dell’Universo?
È così poco denso che un serbatoio di idrogeno
pressurizzato ha una capacità energetica
di circa sette volte minore di un serbatoio
di pari volume pieno di benzina! Questa
sua caratteristica tuttavia non è eccessivamente
limitante in particolari applicazioni di
‘grandi dimensioni’, come i grandi impianti industriali
o i motori di un aereo, mentre potrebbe
essere assolutamente sconveniente applicare
un serbatoio di idrogeno in un’autovettura di
modeste dimensioni. Infine, altri problemi di
infiammabilità e cattura vanno tenuti in considerazione
tramite l’uso di materiali porosi ed
ignifughi.
Soprattutto, però, sta creando grossi problemi
la sintesi dell’idrogeno in maniera sostenibile.
L’obiettivo comune è quello di isolare l’idrogeno
dall’acqua (per completare così il ciclo,
essendo l’acqua anche il prodotto finale) in
una reazione chiamata elettrolisi utilizzando
energia rinnovabile, come l’eolica o la solare.
L’idrogeno prodotto in questa maniera è chiamato
idrogeno verde ed è l’obiettivo numero
uno nelle agende politiche di tutti i Paesi avanzati,
tanto da essere citato anche dal nostro
Fonti:
nuovo Ministro alla Transizione Ecologica
Roberto Cingolani nel suo primo discorso alle
Camere [4] . L’idrogeno verde corrisponde per
ora solo al 2% di quello prodotto, che viene
per il resto principalmente ottenuto tramite
sintesi dai combustibili fossili: idrogeno grigio
o blu. Ovviamente, questi altri ‘colori’ dell’idrogeno
hanno un impatto ambientale significativo
che non può essere sostenuto.
L’ultimo passo da compiere è proprio questo:
implementare fonti di energia rinnovabile
combinandole con la produzione di idrogeno
per ottenere finalmente un ciclo globale di
produzione energetica totalmente pulito,
sostenibile e praticamente inesauribile; obiettivo
sempre più vicino grazie alla drastica
riduzione dei costi di produzione delle energie
rinnovabili [5] .
Nonostante i problemi elencati, la ricerca
scientifica ci ha portati ad un passo dall’obiettivo.
Di fronte all’epocale problema
ambientale, siamo riusciti a reagire e trovare
quella che sembra una via d’uscita. La nostra
salute, il nostro stile di vita e tutto il pianeta
possono essere salvati. Raccolta differenziata
dopo raccolta differenziata, pannello fotovoltaico
dopo pannello fotovoltaico, reazione
dopo reazione.
[1] Fuel cells and Hydrogen Joint Undertaking
[2] Anmar Frangoul, Orsted to link a huge offshore wind farm to ‘renewable’ hydrogen production,
CNBC, 1/04/2021
[3] World Nuclear Association
[4] Cingolani l’ambiguo, tra idrogeno verde e fusione nucleare, «Il manifesto», 17-03-2021
[5] I ‘colori’ dell’idrogeno nella transizione energetica, EAI ENEA 2/2020
[6] The Future of Hydrogen – seizing today’s opportunities, Report by the IEA
#Area Heisenberg
46 Una reazione ci salverà
Una reazione ci salverà
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