E' l'idrogeno una fonte di energia possibile e positiva?

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E' l'idrogeno una fonte di energia possibile e positiva?
di Ilario Boscolo, Simone Cialdi  www.newbrainframes.org

L'idrogeno come combustibile per il trasporto, per usi domestici e per usi
industriali, non e' una nuova fonte di energia. Esso, quindi, non si colloca
accanto agli idrocarburi, al carbone, all'uranio, agli invasi di acqua in
alta quota (energia idroelettrica), al sole (energia solare), al vento
(energia eolica) ed altri (energie geotermica, maree, biomasse, ...).

Infatti la molecola di idrogeno H2 (isolata) e' praticamente inesistente
sulla terra. L'idrogeno H esiste però in due composti molto diffusi: l'acqua
e gli idrocarburi. L'acqua e' forse l'elemento piu' diffuso sulla terra e
gli idrocarburi (gas e petrolio) sono ancora abbondanti. L'uomo e' per
natura un soggetto sognatore: sogna da sempre il moto perpetuo. Il moto
perpetuo dopo la rivoluzione industriale ha cambiato nome e' diventato fonte
non-esauribile di energia pulita. L'euforia dopo la scoperta del petrolio
aveva questa radice inconscia. Poi si e' scoperto che il petrolio
trasformato in energia ci porta tutti all'arrostimento (in seguito
all'effetto serra), anche se in un lungo lasso di tempo. Allora l'ingegno
umano ci fa sognare e perseguire altre strade e fra queste viene proposta la
strada della "combustione" dell'idrogeno.

La combustione dell'idrogeno, che si realizza nelle cosiddette pile ad
idrogeno, e' la reazione chimica tra idrogeno ed ossigeno. Il prodotto della
reazione e' acqua ed energia elettrica (da cui il nome di pila), in formula

2 H2 + O2 = 2 H2O + tensione*corrente

Come detto appena sopra, l'idrogeno libero non esiste, quindi bisogna
ricavarlo o dall'acqua o dagli idrocarburi. La molecola di acqua contiene
due atomi di idrogeno legati chimicamente ad un atomo di ossigeno, come
indicato dalla formula chimica H2O. Per ricavare l'idrogeno dall'acqua e'
necessario rompere (dissociare) la molecola dell'acqua. Questa dissociazione
viene fatta con un processo che e' chiamato elettrolisi e che richiede
energia (per rompere una molecola stabile bisogna fornirgli energia). In
conclusione, nel ciclo acqua-idrogeno-acqua, il punto e': perche' questo
ciclo dia energia utile ai nostri servizi bisogna che venga inventato un
percorso per il tratto acqua-idrogeno in cui non viene usata energia degli
idrocarburi.

Se (al fine di produrre energia) si estrae l'drogeno dall'acqua bruciando
idrocarburi ed ottenuto l'idrogeno se ne fa la combustione per riottenere
acqua, faremmo un ciclo con perdita pura: si otterrebbero meno energia e la
stessa quantita' di anidride carbonica che con la combustione diretta degli
idrocarburi (la differenza, viene detto, e' che l'anidride carbonica
potrebbe essere messa sotto terra invece che in aria. Fantascienza). Più
sotto si discutera' di una possibile proposta di ciclo conveniente
energeticamente, pero' non e' all'ordine del giorno.

E' possibile ricavare l'drogeno dagli idrocarburi. L'atomo di idrogeno e' un
componente elementare di tutti gli idrocarburi: per esempio il gas metano ha
4 atomi di idrogeno legati ad 1 atomo di carbonio, come indicato dalla sua
formula chimica CH4. Anche il metanolo ha 4 atomi di idrogeno ed ha formula
CH3-OH. Anche in questo caso degli idrocarburi, si ha una molecola stabile,
le si fornisce energia ed in presenza della molecola d'acqua si separa
l'idrogeno , secondo la formula

CH4 + H2O = 3 H2 + CO

Poi il gas velenoso Ossido di Carbonio viene trsformato in anidride
carbonica fornendo ancora energia alla molecola secondo la reazione

O2 + 2 CO = 2 CO2

Queste reazioni vengono realizzate in un sistema detto reformer che e' posto
accanto alle celle a combustibile.

Da questo esposto sopra, la produzione di energia attraverso la via della
produzione di idrogeno oggi passa attraverso la combustione di idrocarburi.
Non funziona.

Naturalmente ci sono degli usi per cui e' conveniente produrre energia con
l'idrogeno, ma in questo articolo non ci occupiamo di questo, ma solo del
ciclo dell'idrogeno. Per esempio le automobili all'idrogeno in citta',
liberebbero le citta' dalla morsa dell'anidride carbonica e degli altri gas
di scarico, pero' i gas nocivi sarebbero prodotti in quantita' superiore in
un'altra parte del territorio. Sembra piu' intelligente la soluzione della
macchine a gas.

E' chiaro che quella che chimeremmo la speranza dell'idrogeno e' legata alla
possibilta' di elettrolisi dell'acqua senza il consumo degli idrocarburi.
Questo implica che sia utilizzabile per l'elettrolisi dell'acqua una fonte
di energia a sua volta inesauribile. Ma allora l'idrogeno diventa un vettore
dell'energia e non una sorgente. E' ipotizzabile una soluzione tecnica per
questo problema? Si, in linea di principio. Infatti, e' possibile
trasformare energia solare in energia elettrica con celle fotovoltaiche e
con quella energia elettrica fare l'elettrolisi dell'acqua. Questo ciclo di
produzione non e', pero', proponibile fino a quando l'efficienza del sistema
centrale di celle solari-sistema dell'idrogeno non sara' competitivo con
l'attuale sistema degli idrocarburi. Nel conto dell'efficienza va messo
anche il costo ambientale naturalmente. Si deve citare anche il ciclo
energia nucleare-sitema idrogeno. In questo secondo caso c'e' però da
conteggiare il costo ambientale delle scorie radioattive.

In conclusione, l'idrogeno e' da considerarsi un vettore di energia e non
una fonte di energia. Il suo uso per l'oggi, ed anche per il vicino futuro
fino a quando non arrivera' una invenzione di rottura tecnolgica sulle celle
solari, comporta un consumo maggiore di idrocarburi di quanto ne comporta la
produzione di energia facendo la combustione diretta degli idrocarburi
stessi.

Ilario Boscolo e' Professore alla Facolta' di Fisica di Milano.
Simone Cialdi e' dottorando in Fisica nella stessa Facolta'.