pubblicato il 09 Luglio 2001 · 3,563 letture

L’idrogeno è una fonte di energia possibile e positiva?

di Simone Cialdi and Ilario Boscolo

L’idrogeno come combustibile per il trasporto, per usidomestici e per usi industriali, non é una nuovafonte 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, …).La molecola di idrogeno H2 (isolata) é praticamente inesistente sulla terra. L’idrogeno esiste peró in due composti molto diffusi: l’acqua e gli idrocarburi. L’acqua é forse l’elemento piú diffuso sulla terra e gli idrocarburi (gas e petrolio) sono ancora abbondanti. L’uomo é per natura un soggetto sognatore: sogna da sempre il moto perpetuo. Il moto perpetuo dopo la rivoluzione industriale ha cambiato nome é diventato fonte non-esauribile di energia pulita. L’euforia dopo la scoperta del petrolio aveva questa radice inconscia. Poi si é scoperto che il petrolio trasformato in energia ci porta tutti all’arrostimento (in seguito all’effetto serra), anche se in un lungo lasso ditempo. Allora l’ingegno umano ci fa sognare e perseguire altre strade e fra queste viene propostala strada della “combustione” dell’idrogeno.

La combustione dell’idrogeno, che si realizza nelle cosiddette pile ad idrogeno (fuel cell), é la reazione chimica tra idrogeno ed ossigeno. Il prodotto della reazione é 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 é necessario rompere (dissociare) la molecola dell’acqua. Questa dissociazione viene fatta con un processo che é chiamato elettrolisi e che richiede energia (per rompere una molecola stabile bisogna fornirgli energia). In conclusione, nel ciclo acqua-idrogeno-acqua, il punto é: perché 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 quantitá di anidride carbonica che con la combustione diretta degli idrocarburi (la differenza, viene detto, é che l’anidride carbonica potrebbe essere messa sotto terra invece che in aria. Fantascienza). Piú sotto si discuterá di una possibile proposta di ciclo conveniente energeticamente, peró non é all’ordine del giorno.

E’ possibile ricavare l’drogeno dagli idrocarburi. L’atomo di idrogeno é 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 trasformato in anidride carbonica fornendo ancora energia alla molecola secondo la reazione

O2 + 2 CO = 2CO2

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

Da quanto esposto sopra, la produzione di energia attraverso la via della produzione di idrogeno oggi passa attraverso la combustione di idrocarburi. E non funziona.

Naturalmente ci sono degli usi per cui é 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 cittá, liberebbero le cittá dalla morsa dell’anidride carbonica e degli altri gas discarico, peró i gas nocivi sarebbero prodotti inquantitá superiore in un’altra parte del territorio.Sembra piú intelligente la soluzione della macchine a gas.

E’ chiaro che quella che chiameremmo la speranza dell’idrogeno é legata alla possibiltá 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, é possibile trasformare energia solare in energia elettrica con celle fotovoltaiche e con quella energia elettrica fare l’elettrolisi dell’acqua. Questo ciclo diproduzione non é, peró, proponibile fino a quando l’efficienza del sistema centrale di cellesolari - sistema dell’idrogeno non sará 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 casoc’é peró da conteggiare il costo ambientale delle scorie radioattive.

In conclusione, l’idrogeno éda 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 arriverá 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 é Professore alla Facoltá di Fisica di Milano.
Simone Cialdi é borsista all’INFN nella stessa Facoltá.

Parole chiave

energie rinnovabili, idrogeno, motore, sviluppo sostenibile