UNITÀ A11 Le fonti di energia
Educazione civica
L’idrogeno e le celle a combustibile Si chiamano fonti di energia primarie quelle direttamente accessibili in natura: carbone, petrolio, gas naturale, uranio, Sole, vento, maree, acqua dei laghi montani, legna e rifiuti organici, calore della Terra. Sono invece fonti di energia secondarie quelle ottenute da trasformazioni delle fonti primarie: per esempio la benzina, il gasolio e il biogas. È una fonte secondaria anche l’energia elettrica: la si può produrre a partire da tante diverse fonti primarie e serve come vettore di energia, cioè per immagazzinarla e trasportarla dove serve (attraverso la rete elettrica o con batterie). In modo simile si può usare come fonte secondaria di energia anche l’idrogeno, il più leggero tra gli elementi chimici, che forma la molecola H2: ▪ è l’elemento più diffuso nell’universo, ma sulla Terra non esiste allo stato puro; ▪ è presente però in composti di ogni tipo, a partire dall’acqua (H2O); ▪ lo si può produrre con l’elettrolisi, cioè facendo passare corrente elettrica nell’acqua per separarlo dall’ossigeno; ▪ lo si può poi trasportare compresso in bombole o liquefatto a bassissime temperature (−253 °C). Oggi per fare l’elettrolisi si usa per lo più corrente elettrica generata bruciando gas, ma nell’ambito della transizione energetica l’idrogeno potrebbe diventare importante come sistema di accumulo per energia elettrica prodotta con le fonti rinnovabili discontinue, come il solare e il vento.
A contatto con l’ossigeno, l’idrogeno brucia e rilascia rapidamente la sua energia, perciò è usato nelle missioni spaziali come propellente per i razzi. Lo si può usare però anche nelle celle a combustibile, dispositivi in cui l’idrogeno reagisce con l’ossigeno dell’aria a bassa temperatura e in modo molto efficiente. La cella a combustibile fornisce elettricità e l’unico altro prodotto della reazione è acqua pura. I veicoli a idrogeno, per esempio, hanno motori elettrici alimentati da celle a combustibile; così dal loro tubo di scappamento non escono gas tossici, come nei veicoli con motore termico, ma soltanto vapore acqueo.
Come funziona una cella a combustibile La cella contiene due elettrodi (anodo positivo e catodo negativo) posti ai lati di una membrana: 1. gli atomi di idrogeno all’anodo si separano in protoni (H+) ed elettroni (e–), grazie all’azione di un catalizzatore; 2. i protoni raggiungono il catodo attraverso la membrana, mentre gli elettroni seguono un altro percorso; lungo questo secondo percorso diventa così disponibile una corrente elettrica, che si può utilizzare; 3. infine gli elettroni giungono al catodo, dove si riuniscono ai protoni e all’ossigeno dell’aria, formando molecole d’acqua (l’unico «rifiuto» prodotto dal processo). dall’aria
anodo catalizzato
O2 circuito elettrico
2
H2 dal serbatoio
1
membrana
3
catodo catalizzato
H2O
RAGIONACI SU Se si vuole che un veicolo a idrogeno sia davvero a emissioni zero, come va prodotto l’idrogeno del suo serbatoio? ...................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................................................................................................................................................
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