Catalogo Experimenta 06
Catalogo Experimenta 06 Catalogo Experimenta 06
VERSO UN PIANETA A IDROGENO? a cura di Piero Bianucci Idrogeno, energia del futuro. Addio petrolio, arriva l’idrogeno. Idrogeno, energia pulita. Quante volte abbiamo letto sui giornali questi titoli? Così molti cittadini si sono convinti che l’idrogeno sia la bacchetta magica che risolverà il problema energetico. In fondo, unito all’ossigeno per formare acqua, non sgorga abbondante e a costo bassissimo dai rubinetti di casa? Già Jules Verne aveva fatto dire al Capitano Nemo che l’acqua sarebbe diventata il combustibile del futuro... Sgombriamo subito il campo dall’equivoco: l’idrogeno NON è una fonte di energia. Anzi, dato che non esiste allo stato libero in natura, per ottenere idrogeno si spende più energia di quanta poi se ne possa ricavare: strappare l’idrogeno alla molecola dell’acqua, a quella del metano o di altri idrocarburi ha un alto costo energetico. Come l’ha l’elettricità, che deve essere prodotta bruciando metano, olio combustibile, uranio o facendo precipitare acqua in condotte forzate. L’idrogeno è, invece, un vettore di energia. E, proprio come l’elettricità, una volta ottenuto pagando il giusto prezzo, diventa interessante. Combinandosi con l’ossigeno dell’aria restituisce in buona parte l’energia che avevamo speso per separarlo e il prodotto della reazione è acqua pura, quindi nessun inquinamento. In più, rispetto all’elettricità, ha il vantaggio di poter essere stoccato in grandi quantità e non soltanto in pesanti batterie. Si può pensare a un uso dell’idrogeno anche in grossi impianti, ma certo la prima applicazione che viene in mente è ai trasporti: alle auto e agli autobus che devono girare in città, dove l’inquinamento prodotto da benzina e gasolio si fa sentire di più. Regione Piemonte, Envi-Park e Centro Ricerche Fiat hanno colto l’occasione di “Experimenta 06/Intorno al futuro” per presentare lo stato dell’arte in tema di sfruttamento dell’idrogeno in generale e per i veicoli. Il percorso presentato a “Intorno al futuro” è completo. Si parte dall’identikit dell’idrogeno, il più leggero, abbondante antico elemento dell’universo, formatosi subito dopo il Big Bang, quando l’età del cosmo era appena di un minuto. Si fa poi vedere come l’idrogeno possa essere prodotto nel modo più ecologico tramite elettrolisi dell’acqua usando elettricità ottenuta dal Sole tramite pannelli fotovoltaici, centrali idroelettriche e mulini a vento. Il passo successivo illustra l’utilizzo dell’idrogeno nelle celle a combustibile, utilizzo che risolverebbe gran parte dei problemi di inquinamento delle nostre città e che attenuerebbe l’emissione di gas ad effetto serra. Poi vengono affrontati i problemi di immagazzinamento, di distribuzione e di costi: questioni in parte ancora da risolvere, sulle quali la ricerca lavora attivamente in tutto il mondo. Il Centro Ricerche Fiat ha già realizzato una Panda dalle prestazioni sorprendenti: potenza 60 kW, raggiunge i 140 all’ora e i 50 con partenza da fermo in 5 secondi, ha una autonomia di 220 chilometri, il serbatoio si rifornisce in meno di 5 minuti, supera pendenze del 23 per cento. Envi-Park ha realizzato una piccola flotta di motorini a idrogeno che fanno impazzire i ragazzini. Questa è solo la punta dell’iceberg. Sotto c’è il progetto Sistema Piemonte Idrogeno: la Regione a sua volta coordina Lombardia, Friuli Venezia Giulia e Provincia di Trento, imprese, università e gruppi di studio. Dei 31 centri di eccellenza coinvolti nel progetto, 20 sono in Piemonte. APPROFONDIMENTI SCIENTIFICI 99
APPROFONDIMENTI SCIENTIFICI 100 Quali sono le “tecnologie invisibili” di una Panda a idrogeno? Le celle a combustibile - che formano lo Stack, il cuore del sistema, dove idrogeno e ossigeno si uniscono per generare elettricità - sono sistemate sotto il pianale dell’auto: 360 celle in serie, ognuna delle quali dà una tensione di 1,2 Volt. Tra le ruote anteriori è collocato il motore elettrico asincrono: ha la forma di un cilindro e funziona a corrente alternata. Sotto il bagagliaio posteriore c’è il serbatoio, dove l’idrogeno è compresso a 350 atmosfere (contiene 68 litri di gas per un peso di 1,6 chilogrammi). Distribuiti intorno troviamo i numerosi sottosistemi: il separatore idrogeno/acqua, lo scambiatore, il motore di avviamento, filtri, flauto per l’iniezione, dispositivi di sicurezza e controllo. In tutto, circa 50 apparecchi ausiliari, un numero che dà l’idea della complessità dell’insieme. Il prezzo? Questo è uno dei punti più delicati. Seicentomila euro, metà per le celle a combustibile e metà per tutto il resto. Parliamo di un prototipo, quasi ogni pezzo è costruito apposta. Così un kW di potenza costa 5000 euro, già in piccola serie si scende a 3000, con una produzione di massa a 500. Il motore a benzina costa 50 euro a kW: l’idrogeno è ancora 10 volte più caro. Gli spazi per migliorare però sono ampi. Oggi la tecnologia dell’idrogeno è al livello di un artigianato evoluto. Dobbiamo ragionare su tempi lunghi: nel 2010 circoleranno le prime flotte di vetture e autobus, nel 2015 vedremo uno sviluppo più ampio e incomincerà a diffondersi la rete di distribuzione dell’idrogeno, nel 2020 l’idrogeno acquisirà una parte rilevante nello scenario dei trasporti. Perché questo scenario si realizzi occorre però partire subito con investimenti e ricerca. L’Unione Europea ha pronto un programma settennale con finanziamento di 250 milioni di euro all’anno, ai quali se ne affiancherebbero altrettanti messi da privati. Sarebbe il minimo per competere con Usa (tre programmi di ricerca), Giappone, Francia e India (tuttora nei motori convenzionali si investe in ricerca una somma da 10 a 20 volte mag- giore). Ma per ora la Commissione ha bloccato tutto. L’Italia, poi, è ancora più in difficoltà perché finora (estate 2006) non ha né un piano energetico né un piano dei trasporti. Come funziona una fuel cell, cioè una cella a combustibile? Un po’ come in una pila di Volta, ci sono tante celle elementari collegate in serie. Ogni cella è composta da un piatto metallico, un elettrodo, una membrana catalizzatrice, un altro elettrodo e un altro piatto. Il tutto ha lo spessore di mezzo centimetro. Maggiore è la superficie della cella, più grande sarà la potenza. Il costo è alto soprattutto per via del catalizzatore, che è a base di platino, un metallo prezioso oggi così scarso che non sarebbe neppure possibile avviare una produzione industriale di fuel cell. COME FARE IL PIENO DI IDROGENO Il problema centrale è come procurarsi l’idrogeno. Si può ottenere dal metano con il processo chiamato reforming: ma così dipendiamo di nuovo da una fonte fossile non rinnovabile e la quantità di anidride carbonica che finisce nell’aria si dimezza soltanto rispetto alla semplice combustione. Si può pensare al trattamento di biocombustibili come etanolo e metanolo, ma per fare un litro di biocombustibile occorre una tonnellata di acqua per irrigare la coltivazione. Tra le biomasse fonte di idrogeno le alghe appaiono particolarmente interessanti. Si può ricavare l’idrogeno per elettrolisi dell’acqua separando nella sua molecola l’atomo di ossigeno dai due atomi di idrogeno, ma usando l’elettricità prodotta dalle attuali centrali avremmo uno spreco energetico intollerabile e non risolveremmo i problemi di inquinamento e di esaurimento delle risorse fossili. Rimangono due vie: fare l’elettrolisi dell’acqua con elettricità prodotta da pannelli fotovoltaici (come si è già accennato) oppure scindendone le molecole ad altissima temperatura (circa mille °C). La prima soluzione, senza dubbio la migliore in assoluto per l’ambiente, richiede un grande sviluppo delle
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IDROGENO?<br />
a cura di Piero Bianucci<br />
Idrogeno, energia del futuro. Addio petrolio, arriva l’idrogeno.<br />
Idrogeno, energia pulita. Quante volte abbiamo letto sui<br />
giornali questi titoli? Così molti cittadini si sono convinti che<br />
l’idrogeno sia la bacchetta magica che risolverà il problema<br />
energetico. In fondo, unito all’ossigeno per formare acqua,<br />
non sgorga abbondante e a costo bassissimo dai rubinetti di<br />
casa? Già Jules Verne aveva fatto dire al Capitano Nemo che<br />
l’acqua sarebbe diventata il combustibile del futuro...<br />
Sgombriamo subito il campo dall’equivoco: l’idrogeno NON<br />
è una fonte di energia. Anzi, dato che non esiste allo stato<br />
libero in natura, per ottenere idrogeno si spende più energia<br />
di quanta poi se ne possa ricavare: strappare l’idrogeno alla<br />
molecola dell’acqua, a quella del metano o di altri idrocarburi<br />
ha un alto costo energetico. Come l’ha l’elettricità, che deve<br />
essere prodotta bruciando metano, olio combustibile, uranio<br />
o facendo precipitare acqua in condotte forzate.<br />
L’idrogeno è, invece, un vettore di energia. E, proprio come<br />
l’elettricità, una volta ottenuto pagando il giusto prezzo, diventa<br />
interessante. Combinandosi con l’ossigeno dell’aria restituisce<br />
in buona parte l’energia che avevamo speso per separarlo<br />
e il prodotto della reazione è acqua pura, quindi nessun<br />
inquinamento. In più, rispetto all’elettricità, ha il vantaggio<br />
di poter essere stoccato in grandi quantità e non soltanto in<br />
pesanti batterie. Si può pensare a un uso dell’idrogeno anche<br />
in grossi impianti, ma certo la prima applicazione che viene in<br />
mente è ai trasporti: alle auto e agli autobus che devono girare<br />
in città, dove l’inquinamento prodotto da benzina e gasolio<br />
si fa sentire di più.<br />
Regione Piemonte, Envi-Park e Centro Ricerche Fiat hanno<br />
colto l’occasione di “<strong>Experimenta</strong> <strong>06</strong>/Intorno al futuro” per<br />
presentare lo stato dell’arte in tema di sfruttamento dell’idrogeno<br />
in generale e per i veicoli.<br />
Il percorso presentato a “Intorno al futuro” è completo. Si<br />
parte dall’identikit dell’idrogeno, il più leggero, abbondante<br />
antico elemento dell’universo, formatosi subito dopo il Big<br />
Bang, quando l’età del cosmo era appena di un minuto. Si fa<br />
poi vedere come l’idrogeno possa essere prodotto nel modo<br />
più ecologico tramite elettrolisi dell’acqua usando elettricità<br />
ottenuta dal Sole tramite pannelli fotovoltaici, centrali idroelettriche<br />
e mulini a vento. Il passo successivo illustra l’utilizzo<br />
dell’idrogeno nelle celle a combustibile, utilizzo che risolverebbe<br />
gran parte dei problemi di inquinamento delle nostre<br />
città e che attenuerebbe l’emissione di gas ad effetto serra.<br />
Poi vengono affrontati i problemi di immagazzinamento, di<br />
distribuzione e di costi: questioni in parte ancora da risolvere,<br />
sulle quali la ricerca lavora attivamente in tutto il mondo.<br />
Il Centro Ricerche Fiat ha già realizzato una Panda dalle prestazioni<br />
sorprendenti: potenza 60 kW, raggiunge i 140 all’ora<br />
e i 50 con partenza da fermo in 5 secondi, ha una autonomia<br />
di 220 chilometri, il serbatoio si rifornisce in meno di 5 minuti,<br />
supera pendenze del 23 per cento. Envi-Park ha realizzato<br />
una piccola flotta di motorini a idrogeno che fanno impazzire<br />
i ragazzini. Questa è solo la punta dell’iceberg. Sotto c’è il<br />
progetto Sistema Piemonte Idrogeno: la Regione a sua volta<br />
coordina Lombardia, Friuli Venezia Giulia e Provincia di<br />
Trento, imprese, università e gruppi di studio. Dei 31 centri di<br />
eccellenza coinvolti nel progetto, 20 sono in Piemonte.<br />
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