Idrogeno
una risorsa inesauribile glossario Bioreattore Contenitore nel quale avviene una reazione biologica da parte dei microrganismi che degradano le sostanze organiche presenti producendo anche idrogeno. Combustibili fossili Carbone, petrolio e gas naturale prodotti dalle trasformazioni subite dai residui vegetali delle foreste rimaste sepolte milioni di anni fa. Composti organici sono costituiti da molecole a base di carbonio, come ad esempio gli idrocarburi (petrolio, metano, ecc.), i carboidrati, le proteine e i lipidi. Tutti gli organismi e i loro prodotti sono quindi composti da molecole organiche. Elettrodo conduttore metallico in contatto con un elettrolita che costituisce il polo di una cella elettrochimica.
perchè l’idrogeno L'idrogeno potrebbe rappresentare il vettore energetico chiave di un sistema di sviluppo sostenibile. Il suo utilizzo per produrre energia potrebbe ridurre l'inquinamento dell'aria nei centri urbani e rallentare i cambiamenti climatici. Prima che tale risorsa possa essere utilizzata come vettore energetico, le tecnologie a disposizione per la produzione, l'accumulo, il trasporto e l'utilizzo dell'idrogeno dovrebbero raggiungere un grado di efficienza maggiore rispetto a quello attuale.
come si produce L'idrogeno può essere prodotto da acqua, petrolio, metano, carbone e composti organici. La produzione dai combustibili fossili comporta anche quella di anidride carbonica. Per non aggravare l'effetto serra, è necessario accumularla in opportuni depositi così da non disperderla in atmosfera.
Elettrolisi dell'acqua Tecnica per separare l'idrogeno e l'ossigeno di una molecola di acqua utilizzando corrente elettrica. Elettrolita Mezzo che permette il passaggio degli ioni fra l'elettrodo positivo (anodo) e l'elettrodo negativo (catodo) di una batteria. Rendimento elettrico Rapporto tra energia elettrica prodotta ed energia contenuta nelle fonti utilizzate per generarla. Vettore energetico Trasportatore di energia. Non è una fonte energetica primaria esistente in natura come petrolio, gas naturale, carbone e fonti rinnovabili, ma viene prodotto a partire da tali fonti. Esempio: vettore energia elettrica
applicazioni mobili/trasporti 1 SHUTTLE: utilizza idrogeno liquido e ossigeno come combustibile. Le celle a combustibile a bordo producono l'energia elettrica necessaria; l'unico materiale di scarto è l'acqua talmente pura che viene usata dall'equipaggio per dissetarsi.
L'estrazione dall'acqua avviene attraverso l'elettrolisi e non comporta nessuna produzione diretta di inquinanti. Necessita però dell'utilizzo di molta energia elettrica che deve essere ottenuta da fonti rinnovabili per ridurre a zero le emissioni inquinanti.
applicazioni mobili/trasporti 2 che cos’è l'idrogeno
AUTOBUS A IDROGENO: è dotato di un motore elettrico alimentato da celle a combustibile. Le celle sono rifornite da un serbatoio di idrogeno.
L'idrogeno si trova in natura sotto forma di molecola composta da due atomi. Ogni atomo di idrogeno è formato da un nucleo e da un elettrone. Una molecola di idrogeno si forma quando due atomi mettono in condivisione i propri elettroni. L'idrogeno naturale è un gas incolore, inodore e non tossico. È 14,4 volte più leggero dell'aria e proprio per questo non lo si trova come gas allo stato libero, infatti si disperde nello spazio. È però l'elemento più abbondante sulla Terra ed è presente, combinato con altri elementi, in moltissimi composti. Quando viene bruciato, produce una quantità di calore 2,6 volte superiore rispetto al metano per unità di peso. Se raffreddato, diventa liquido alla temperatura di -253° C.
È in fase di sperimentazione la produzione da microrganismi fotosintetici, che generano idrogeno con l'aiuto dell'energia solare, o dai rifiuti “umidi” (organici), attraverso bioreattori.
energia dall'idrogeno Il consumo di energia è in continuo aumento, mentre è in atto il progressivo esaurimento delle fonti energetiche fossili a livello mondiale. L'utilizzo su larga scala del vettore energetico idrogeno, che è inesauribile e potenzialmente disponibile ovunque, potrebbe rappresentare in futuro la base di un sistema energetico indipendente dalla natura delle fonti.
applicazioni fisse
Una volta che l'idrogeno è stato prodotto, occorre trovare sistemi di immagazzinamento e di trasporto efficienti e adatti a tutte le applicazioni.
applicazioni mobili/trasporti 3
Gas compresso: è il sistema più semplice ed economico, ma è limitato dalla necessità di utilizzare contenitori molto voluminosi, fino a tre volte più grandi rispetto a quelli usati per il metano. Può essere trasportato anche in idrogenodotti, tubature sotterranee simili a quelle impiegate per il trasporto di metano.
AUTOMOBILI A IDROGENO: il carburante idrogeno può essere utilizzato sia come gas compresso sia liquefatto. Esso è utilizzato da celle a combustibile che alimentano il motore elettrico o da un motore a combustione interna.
applicazioni portatili Le celle a combustibile di molti apparecchi elettronici di comune utilizzo, come computer portatili, telefoni cellulari e giocattoli possono essere alimentate da composti ricchi di idrogeno.
Liquido: allo stato liquido occupa un volume minore rispetto al metano, ma per mantenerlo tale occorrono serbatoi speciali e un grande dispendio di energia.
riserve mondiali di combustibili fossili 160 140
Anni di autonomia
come si produce
Si possono utilizzare celle a combustibile alimentate da idrogeno per la produzione combinata di energia elettrica e calore per abitazioni e industrie.
122
120 100 80 60 40
60 42
20 0
petrolio
gas naturali
carbone
Fonte: BP Statistical Review 2008, 2009 e World Oil & Gas Review 2008
Legato a metalli: questi materiali facilitano l'accumulo e il trasporto, ma sono molto pesanti e costosi.
Microsfere di cristallo (ancora in fase di ricerca): imprigionato all'interno di piccole sfere di cristallo e t rasportato sotto forma di polvere sottile in contenitori a bassa pressione. Nanostrutture di carbonio (ancora in fase di ricerca): strutture microscopiche di fibre di carbonio che permettono di immagazzinare al loro interno una certa quantità di idrogeno.
1.l'idrogeno serve come combustibile
energia dall'idrogeno L'idrogeno può essere usato per produrre energia in due modi: 1. bruciato direttamente come combustibile. Quando l'idrogeno brucia a basse temperature con l'aria, non produce anidride carbonica, ma solo acqua e ridotte quantità di ossidi di azoto.
In alternativa si possono trasportare composti ricchi di idrogeno (come metano e metanolo) dai quali estrarre il gas solo dove e quando serve.
L'idrogeno per produrre movimento
L'idrogeno per produrre elettricità
2. producendo direttamente energia elettrica nelle celle a combustibile. L'idrogeno reagisce elettrochimicamente con l'ossigeno (senza essere bruciato). Le reazioni che avvengono nelle celle producono solo acqua, calore e nessuna emissione di anidride carbonica e di sostanze inquinanti. Le celle hanno inoltre un elevato rendimento elettrico.
2. cella a combustibile idrogeno
H2
calore
energia e ambiente: idrogeno
catodo elettrolita corrente elettrica
anodo
ossigeno
O2
Con il patrocinio del
2H2O acqua
Cella a combustibile La cella è composta da due elettrodi (anodo e catodo) separati da un elettrolita. Su un elettrodo viene convogliato idrogeno, sull'altro ossigeno. Nella cella, l'idrogeno si combina con l'ossigeno trasformandosi in acqua. Questa reazione produce corrente elettrica continua e calore.
a cura di idrogeno
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