energie rinnovabili perche' l'idrogeno?

[Andrea Agostini <lonanoda at tin.it>]

 Boiler 
 
 giornale di scienza, innovazione e ambiente 
              122 31.01.2003            
  
  
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• Energia alternativa e rinnovabile
• Il futuro dell'"idro-economia"

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CI SONO DUE FONTI PRIMARIE di energia con un potenziale di sfruttamento. La
prima è paragonabile a un deposito di risparmio in cui l'energia capitale
viene immagazzinata, la seconda a un conto corrente in cui si deposita il
reddito energetico. I combustibili fossili hanno richiesto una riduzione ed
una conservazione complessa, durata molti milioni di anni, per passare
dalla cattura delle radiazioni solari da parte della vegetazione, tramite
fotosintesi, allo stoccaggio di energia concentrata sotto il livello della
superficie terrestre. Esiste una grande sovrabbondanza di energia da conto
corrente disponibile in molte zone del mondo e in qualsiasi momento, capace
di produrre miliardi di volte l'energia ora impiegata dall'uomo, se solo
questi riuscisse a conservarla quando è disponibile per poterla poi usare
quando non lo è più. Vi è un numero enorme di "fonti di reddito energetico"
che non seguono il processo di conservazione proprio della natura entro la
crosta terrestre disponibili "per i tempi duri"; fonti reperibili
nell'acqua, nelle maree, nel vento e nel vigore delle radiazioni solari che
colpiscono il deserto. Coloro che sfruttano i combustibili fossili, il
carbone e il petrolio affermano che è meno costoso produrre e bruciare le
fonti dal deposito di risparmio, il che è come dire che derubare una banca
richiede uno sforzo inferiore a quello di trovarsi un lavoro, che
rappresenta appunto i soldi depositati in banca. Ma il punto è: a chi
costa? Ai nostri pronipoti che non avranno più combustibili fossili per far
funzionare i macchinari? Trovo che l'accettazione acritica da parte dei
leader mondiali, delle soluzioni tecnologiche attuali e della mancanza di
una logica costruttiva e lungimirante, senza una visione complessiva, renda
incerto il futuro degli esseri umani sulla Terra a meno che non si
riconoscano le tendenze plausibili di primaria importanza. 
R. Buckminster Fuller, 1969 

Le grandi potenze stanno seriamente adoperandosi per trovare delle
alternative al petrolio nell'utilizzo dell'energia del sole o dell'acqua.
Speriamo in Dio che non ci riescano velocemente, altrimenti la nostra
posizione diventerà assai dolorosa.
Lo sceicco Ahmad Zaki Yamani, ministro del petrolio dell'Arabia Saudita, 1976 

Secondo uno studio riferito ieri dal senatore Edward Kennedy, democratico
del Massachusetts, una riconversione verso l'energia solare porterebbe nel
1990 a 2,9 milioni di posti di lavoro e ad un taglio della spesa per
combustibili convenzionali di 11,8 milioni di dollari. 
United Press International, 22 aprile 1979 

Ballard Power e United Technologies sono all'avanguardia nello sviluppo
delle celle a combustibile, tecnologie molto pulite. Il loro unico scarico
è acqua distillata. In questi giorni Ballard sta lavorando con la Chrysler,
la MercedesBenz e la Toyota per usare le celle a combustibile nelle
automobili di nuova generazione. 
Il presidente Bill Clinton, 1997 

Nel XXI secolo l'idrogeno potrebbe diventare una forma di energia di
importanza paragonabile a quella dell'elettricità. Questa è un'area di
ricerca, a medio e lungo termine, di estrema importanza. 
Il Comitato di consulenza per la scienza e la tecnica del Presidente degli
Stati Uniti, 1997 

Riteniamo che per il 2005, le autovetture alimentate con celle a
combustibile a idrogeno faranno il loro ingresso soprattutto nei mercati
automobilistici europei e statunitensi. Inoltre, con incentivi governativi
verso alternative più pulite rispetto alla alimentazione convenzionale,
riteniamo vi siano enormi potenzialità di apertura dei mercati per il parco
di autovetture nazionale, degli autobus e dei tassì. Questa tendenza pone
una sfida reale ad aziende quali la Shell nello sviluppo di nuovi prodotti
e nuove tecnologie e nella preparazione e sensibilizzazione della nostra
clientela sui cambiamenti che ci attendono in futuro... vi posso assicurare
la nostra partecipazione fino in fondo. 
Chris Fay, direttore generale della Shell UK, Londra, 1998 

La nostra meta a lungo termine è molto semplice: azzeramento delle
emissioni atmosferiche. Per raggiungerla lo stato della California sta
collaborando con alcuni fra i maggiori fornitori di energia e alcune fra le
migliori case automobilistiche al fine di sviluppare una nuova
entusiasmante tecnologia che sia sicura dal punto di vista ambientale e
commercialmente valida. 
Il governatore della California, Gary Davis, 1999 

Le citazioni riportate qui sopra danno qualche idea sull'argomento di
questo libro: l'idrogeno quale forma d'energia rinnovabile e non
inquinante. L'idrogeno, un gas invisibile, incolore e inodore, è l'elemento
più abbondante del nostro universo. È il combustibile delle stelle e delle
galassie. Essendo estremamente reattivo è essenziale in innumerevoli
processi chimici e biologici. È un combustibile energetico ma per
definizione, non inquinante. 



Energia alternativa e rinnovabile

Ben prima delle osservazioni di Buckminster Fuller, in molti avevano già
fatto richiesta di utilizzare il "conto corrente energetico" della natura
(ovvero dell'energia solare nelle sue diverse manifestazioni) come
alternativa al furto dal "deposito di risparmio" dell'energia mondiale
(carbone, petrolio e gas). Come ha sottolineato Fuller, il problema
riguarda in larga misura non solo il metodo di accumulo di questa energia
praticamente gratuita ma anche della sua possibile conservazione. Attingere
all'energia solare per scopi diversi dal riscaldamento significa di solito
produrre elettricità. Ma l'elettricità deve essere consumata nel momento
stesso in cui viene prodotta perché è difficile stoccarla in grandi
quantitativi. Usare l'elettricità per produrre l'idrogeno, quale gas
immagazzinabile, risolve il problema. Nei decenni passati gli sforzi per
utilizzare le fonti rinnovabili sono stati guidati in parte dall'idealismo,
ma soprattutto dalla preoccupazione sulla "sicurezza energetica", ovvero
dal timore di un possibile prosciugamento delle riserve mondiali di
petrolio e dall'aumento della vulnerabilità del loro trasporto a causa
dell'instabilità politica del Medio Oriente. Ma alla fine del XX secolo, le
preoccupazioni ambientali hanno creato un impeto molto più forte che ha
condotto il mondo verso forme di energia alternativa e rinnovabile. 

Limitare ed infine arrivare ad eliminare l'inquinamento è oggi una
preoccupazione generale. La morìa delle foreste europee e le piogge acide
sono stati ovunque fra i primi campanelli d'allarme rispetto alla necessità
di limitare gli ossidi di zolfo e d'azoto, il particolato e gli altri
agenti inquinanti. Infine, ha iniziato a far presa sui politici e su gran
parte del pubblico - negli Stati Uniti in minor misura e più lentamente che
in altri paesi - la certezza che proprio il processo di combustione dei
combustibili fossili, ovvero l'interazione del carbonio presente negli
idrocarburi con l'ossigeno atmosferico e i conseguenti processi di
emissione e accumulo, ben superiori ai livelli preindustriali, di anidride
carbonica, di monossido di carbonio e di altri gas che influiscono sulle
variazioni climatiche nell'atmosfera, stia portando all'aumento della
temperatura terrestre, creando il famoso effetto serra, e stia minacciando
di distruggere il clima mondiale. 

"Azzeramento delle emissioni" da automobili e autobus, dalle industrie,
dalle navi e dalle caldaie domestiche è diventato il nuovo obiettivo
mondiale, a cui aspirano con diversi gradi di intensità e zelo sia paesi
industrializzati sia le economie emergenti. Nella mente di molti, eliminare
il carbonio dagli idrocarburi mantenendo la parte "idro", cioè l'idrogeno,
quale carburante chimico senza alcuna emissione, è un modo ovvio, seppur
tecnicamente difficile, di minimizzare e infine, si spera, di eliminare il
riscaldamento globale. (…) 



Il futuro dell'"idro-economia"

In parole semplici e in linea di massima, il futuro dell'"economia
all'idrogeno" potrebbe essere spiegato come segue: energia primaria pulita,
probabilmente energia solare nelle sue molte manifestazioni, e se possibile
una forma avanzata e più innocua dal punto di vista ambientale,
dell'energia nucleare, produce l'elettricità usata per la scissione
dell'acqua in idrogeno, quale combustibile, e come sottoprodotto di valore,
l'ossigeno. In alternativa, il calore prodotto dalle centrali elettriche o
nucleari è usato per scindere termochimicamente le molecole dell'acqua in
processi che sono ora in via di sviluppo. Metodi più originali, in cui
l'idrogeno è prodotto da microbi o alghe modificati geneticamente o da
altri processi biologici, sono opzioni ipotizzabili in un prossimo futuro.

L'idrogeno potrebbe essere usato come mezzo di stoccaggio di energia, non
solo in forma di gas sotto pressione o in leghe che assorbono idrogeno (i
sopra menzionati idruri), come liquido criogenico, o in materiali attivati
al carbonio oppure in nanostrutture di carbonio, ma anche sotto forma di
combustibili relativamente convenzionali quali il metanolo. L'idrogeno
potrebbe soddisfare l'indispensabile funzione di stoccaggio per far fronte
alle fluttuazioni giornaliere o stagionali dell'energia solare. L'idrogeno
potrebbe essere bruciato in motori modificati a combustione interna, in
motori a reazione, a due tempi, a quattro tempi, motori Wankel e a ciclo
diesel. Era questa la visione, e queste le convinzioni e anche il messaggio
dei sostenitori dell'idrogeno dagli anni '70 fino a metà dei '90. Da
allora, l'enfasi della ricerca si è spostata drasticamente verso le celle a
combustibile, grazie ai rapidi ed improvvisi progressi nella tecnologia di
questo settore, come opzione privilegiata per i trasporti del futuro, ma
anche quali fonti pulite, efficienti e decentralizzate di elettricità per
gli edifici. 

Le celle a combustibile alimentate da benzina riformulata o metanolo, non
produrrebbero che un insensibile quantitativo di emissioni di carbonio, di
molto inferiore a quelle dei motori a combustione interna di pari potenza,
oltre, forse, a piccoli quantitativi di ossidi di azoto derivati dai fuel
processor (dispositivi di trattamento del combustibile) che generano
idrogeno da questo combustibile carbonioso. In definitiva le celle a
combustibile funzionanti a idrogeno puro potrebbero essere la quintessenza
dell'energia pulita, senza alcuna emissione di idrocarburi o di ossidi di
azoto. Dal tubo di scappamento uscirebbe solo vapor acqueo, che
ritornerebbe immediatamente nel ciclo naturale di nebbia, nuvole, pioggia,
neve, acque freatiche, fiumi, laghi e oceani. E poi l'acqua verrebbe
nuovamente scissa per produrre altro combustibile.

In forma gassosa, l'idrogeno può essere trasportato attraverso i gasdotti -
con gli stessi bassi costi dell'elettricità, e forse in certi casi anche in
modo più efficiente - arrivando fino al consumatore, dove metterebbe in
funzione le celle a combustibile o altri macchinari e produrrebbe
elettricità e acqua. Come combustibile chimico, l'idrogeno, in confronto
all'elettricità, può essere usato in una gamma ben più vasta di
applicazioni: difficile immaginare, per esempio, la flotta di una compagnia
aerea azionata da motori elettrici. L'idrogeno infine, ha un ulteriore
aspetto significativo: come materiale grezzo può essere usato in
un'infinità di usi. E a differenza degli altri combustibili chimici non è
inquinante. 



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 PETER HOFFMAN, esperto internazionale, ha contribuito allo sviluppo
dell'applicazione dell'idrogeno, collaborando con università americane ed
europee. Scrive per Business Week, Financial Times European Energy Report e
The Washington Post. È autore di The Forever Fuel - The Story of Hydrogen
(Westview Press) e The Hydrogen & Fuel Cell Letter.