Condutture del vapore presso la stazione geotermica di Wairakei. Sembra che ogni giorno ci sia un nuovo annuncio nelle notizie sulle automobili alimentate a celle a combustibile. Le promesse sono allettanti, dal momento che le celle a combustibile hanno il potenziale per raddoppiare molto rapidamente l'efficienza delle auto riducendo significativamente l'inquinamento atmosferico.
Allo stesso tempo, ci sono notizie da decenni sui problemi associati al petrolio. Tutto, dalle fuoriuscite di petrolio agli allarmi per l'ozono al riscaldamento globale, viene attribuito alla nostra dipendenza dai combustibili fossili.
Queste due forze stanno guidando il mondo verso quella che è ampiamente conosciuta come l'economia dell'idrogeno . Se le previsioni sono vere, nei prossimi decenni cominceremo tutti a vedere un sorprendente spostamento dall'economia di combustibili fossili che abbiamo oggi verso un futuro dell'idrogeno molto più pulito.
La società può effettivamente fare questo cambiamento, o le barriere tecnologiche, economiche e politiche ci terranno legati al petrolio e ad altri combustibili fossili per il prossimo secolo e oltre? In questo articolo imparerai i vantaggi di un'economia dell'idrogeno, insieme ai suoi potenziali problemi. Esamineremo anche alcune delle tecnologie che renderebbero possibile la transizione.
Contenuti
Attualmente, gli Stati Uniti e la maggior parte del mondo sono bloccati in quello che potrebbe essere definito il risparmio di combustibili fossili . Le nostre automobili, treni e aerei sono alimentati quasi esclusivamente da prodotti petroliferi come benzina e diesel. Un'enorme percentuale delle nostre centrali elettriche utilizza petrolio, gas naturale e carbone come combustibile.
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Se il flusso di combustibili fossili verso gli Stati Uniti fosse interrotto, l'economia si fermerebbe. Non ci sarebbe modo di trasportare i prodotti che le fabbriche producono. Non ci sarebbe modo per le persone di guidare per andare al lavoro. L'intera economia, e di fatto l'intera società occidentale, attualmente dipende dai combustibili fossili.
Sebbene i combustibili fossili abbiano svolto un ruolo importante nel portare la società al punto in cui si trova oggi, i combustibili fossili creano quattro grandi problemi:
Inquinamento atmosferico - Quando le auto bruciano benzina, idealmente la brucerebbero perfettamente e non creerebbero nient'altro che anidride carbonica e acqua nei loro scarichi. Purtroppo il motore a combustione interna non è perfetto. Nel processo di combustione della benzina, produce anche:
I convertitori catalitici eliminano gran parte di questo inquinamento, ma non sono perfetti. L'inquinamento atmosferico causato da automobili e centrali elettriche è un vero problema nelle grandi città.
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È già abbastanza grave ora che, in estate, molte città hanno livelli pericolosi di ozono nell'aria.
Inquinamento ambientale - Il processo di trasporto e stoccaggio dell'olio ha un grande impatto sull'ambiente ogni volta che qualcosa va storto.
 Superpetroliere caricate di petrolio in Arabia Saudita |
Una fuoriuscita di petrolio, un'esplosione di un gasdotto o un incendio di un pozzo possono creare un enorme pasticcio. La fuoriuscita di Exxon Valdez è l'esempio più noto del problema, ma le fuoriuscite di minore entità si verificano costantemente.
Riscaldamento globale - Quando bruci un gallone di gas nella tua auto, emetti circa 5 libbre (2,3 kg) di carbonio nell'atmosfera. Se fosse carbonio solido, sarebbe estremamente evidente:sarebbe come lanciare un sacchetto di zucchero da 5 libbre fuori dal finestrino della tua auto per ogni gallone di gas bruciato. Ma poiché i 5 libbre di carbonio escono come un gas invisibile, l'anidride carbonica, la maggior parte di noi ne è ignara. L'anidride carbonica che esce dal tubo di scappamento di ogni auto è un gas serra che sta alzando lentamente la temperatura del pianeta. Gli effetti finali sono sconosciuti, ma è una forte possibilità che, alla fine, ci saranno cambiamenti climatici drammatici che colpiranno tutti sul pianeta. Ad esempio, se le calotte polari si sciolgono, il livello del mare aumenterà in modo significativo, inondando e distruggendo tutte le città costiere esistenti oggi. Questo è un grande effetto collaterale.
Dipendenza - Gli Stati Uniti, e la maggior parte degli altri paesi, non possono produrre abbastanza petrolio per soddisfare la domanda, quindi lo importano da paesi ricchi di petrolio. Ciò crea una dipendenza economica. Quando i produttori di petrolio del Medio Oriente decidono di aumentare il prezzo del petrolio, il resto del mondo non ha altra scelta che pagare il prezzo più alto.
Nella sezione precedente abbiamo visto i notevoli problemi mondiali creati dai combustibili fossili. L'economia dell'idrogeno promette di eliminare tutti i problemi creati dall'economia dei combustibili fossili. Pertanto, i vantaggi dell'economia dell'idrogeno includono:
I problemi con l'economia dei combustibili fossili sono così grandi ei vantaggi ambientali dell'economia dell'idrogeno così significativi che la spinta verso l'economia dell'idrogeno è molto forte.
| Lo sapevi? I sensori che rilevano potenziali perdite in un motore a combustione interna alimentato a idrogeno sono stati sviluppati dalla NASA per rilevare le perdite di idrogeno durante i lanci dello space shuttle. |
La grande domanda con l'economia dell'idrogeno è:"Da dove viene l'idrogeno?" Poi viene la questione del trasporto, della distribuzione e dello stoccaggio dell'idrogeno. L'idrogeno tende ad essere ingombrante e complicato nella sua forma gassosa naturale.
Una volta che entrambe queste domande avranno una risposta in modo economico, l'economia dell'idrogeno sarà a posto.
Esamineremo ciascuna di queste domande separatamente nelle sezioni seguenti.
I
Uno dei problemi più interessanti con l'economia dell'idrogeno è l'idrogeno stesso. Da dove verrà? Con l'economia dei combustibili fossili, pompate semplicemente il combustibile fossile fuori dal terreno (vedi Come funziona la trivellazione petrolifera) e lo raffina (vedi Come funziona la raffinazione del petrolio). Poi lo bruci come fonte di energia.
La maggior parte di noi dà per scontati petrolio, benzina, carbone e gas naturale, ma in realtà sono piuttosto miracolosi. Questi combustibili fossili rappresentano energia solare immagazzinata di milioni di anni fa. Milioni di anni fa, le piante crescevano utilizzando l'energia solare per alimentare la loro crescita. Morirono e alla fine si trasformarono in petrolio, carbone e gas naturale. Quando pompiamo petrolio da terra, attingiamo a quell'enorme magazzino di energia solare "gratuitamente". Ogni volta che bruciamo un gallone di benzina, rilasciamo l'energia solare immagazzinata.
Nell'economia dell'idrogeno, non c'è nessun magazzino a cui attingere. Dobbiamo effettivamente creare l'energia in tempo reale.
Ci sono due possibili fonti di idrogeno:
La seconda opzione è, ovviamente, leggermente perversa. Stai usando combustibili fossili come fonte di idrogeno per l'economia dell'idrogeno. Questo approccio riduce l'inquinamento atmosferico, ma non risolve né il problema dei gas serra (perché c'è ancora carbonio che entra nell'atmosfera) né il problema della dipendenza (hai ancora bisogno di petrolio). Tuttavia, potrebbe essere un buon passo temporaneo da compiere durante la transizione verso l'economia dell'idrogeno. Quando si sente parlare di "veicoli alimentati a celle a combustibile" sviluppati dalle case automobilistiche in questo momento, quasi tutti hanno in programma di ottenere l'idrogeno per le celle a combustibile dalla benzina utilizzando un riformatore. Il motivo è perché la benzina è una fonte di idrogeno facilmente disponibile. Fino a quando non ci saranno "stazioni di idrogeno" ad ogni angolo, come ora abbiamo le stazioni di servizio, questo è il modo più semplice per ottenere idrogeno per alimentare la cella a combustibile di un veicolo.
La cosa interessante della prima opzione è che è il fulcro della vera economia dell'idrogeno. Per avere una economia dell'idrogeno puro , l'idrogeno deve provenire da fonti rinnovabili piuttosto che combustibili fossili in modo da smettere di rilasciare carbonio nell'atmosfera. Avere abbastanza elettricità per separare l'idrogeno dall'acqua e generare quell'elettricità senza utilizzare combustibili fossili sarà il cambiamento più grande che vediamo nella creazione dell'economia dell'idrogeno.
 La centrale elettrica di Bayswater (Nuovo Galles del Sud, Australia) crea elettricità utilizzando la pressione vapore per far funzionare i turbogeneratori. |
Da dove verrà l'energia elettrica per l'elettrolisi dell'acqua? In questo momento, circa il 68 per cento (riferimento) dell'elettricità prodotta negli Stati Uniti proviene da carbone o gas naturale. Tutta questa capacità di generazione dovrà essere sostituita da fonti rinnovabili nell'economia dell'idrogeno. Inoltre, tutta l'energia da combustibili fossili ora utilizzata per i trasporti (in automobili, camion, treni, barche, aerei) dovrà convertirsi in idrogeno e anche l'idrogeno verrà creato con l'elettricità. In altre parole, la capacità di generazione elettrica del Paese dovrà raddoppiare per far fronte alla domanda dei trasporti, e poi tutto dovrà convertirsi dai combustibili fossili alle fonti rinnovabili. A quel punto, e solo a quel punto, il flusso di carbonio nell'atmosfera si fermerà.
In questo momento ci sono diversi modi per creare elettricità che non utilizza combustibili fossili:
 In senso orario da in alto a destra:Centrale solare-elettrica; centrale nucleare; diga idroelettrica; turbina eolica |
Negli Stati Uniti, circa il 20% dell'energia proviene attualmente dal nucleare e il 7% dall'idroelettrico. Solare, eolica, geotermica e altre fonti generano solo il 5% dell'energia, appena abbastanza per essere importante.
In futuro, salvo qualche svolta tecnologica, sembra probabile che una delle due cose accadrà per creare l'economia dell'idrogeno:la capacità di generazione di energia nucleare o solare aumenterà notevolmente. Ricorda che, in un'economia a idrogeno puro, la capacità di generazione elettrica dovrà approssimativamente raddoppiare perché tutta l'energia per il trasporto che attualmente proviene dal petrolio dovrà essere sostituita con idrogeno generato elettricamente. Quindi il numero delle centrali elettriche raddoppierà e tutte le centrali a combustibili fossili saranno sostituite.
Il problema della generazione elettrica è probabilmente il più grande ostacolo all'economia dell'idrogeno. Una volta che la tecnologia sarà perfezionata e diventerà poco costosa, i veicoli a celle a combustibile alimentati a idrogeno potrebbero sostituire i motori a combustione interna a benzina nel corso di un decennio o due. Ma cambiare le centrali elettriche in nucleare e solare potrebbe non essere così facile. L'energia nucleare ha problemi politici e ambientali e l'energia solare ha attualmente problemi di costi e ubicazione.
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In questo momento, il problema di mettere in circolazione veicoli a idrogeno puro è il problema dello stoccaggio/trasporto. L'idrogeno è un gas ingombrante e non è facile da usare come la benzina. La compressione del gas richiede energia e l'idrogeno compresso contiene molta meno energia dello stesso volume di benzina. Tuttavia, stanno emergendo soluzioni al problema dello stoccaggio dell'idrogeno.
Ad esempio, l'idrogeno può essere immagazzinato in forma solida in una sostanza chimica chiamata boroidruro di sodio, e questa tecnologia è apparsa di recente nei notiziari perché Chrysler la sta testando. Questa sostanza chimica è creata dal borace (un ingrediente comune in alcuni detersivi). Quando il boroidruro di sodio rilascia il suo idrogeno, si trasforma di nuovo in borace in modo da poter essere riciclato.
Una volta risolto e standardizzato il problema dello stoccaggio, attorno ad esso dovranno svilupparsi una rete di stazioni di idrogeno e l'infrastruttura di trasporto. L'ostacolo principale a questo potrebbe essere il processo di smistamento tecnologico. Le stazioni non si svilupperanno rapidamente finché non ci sarà una tecnologia di archiviazione che dominerà chiaramente il mercato. Ad esempio, se tutte le auto alimentate a idrogeno di tutti i produttori utilizzassero boroidruro di sodio, una rete di stazioni potrebbe svilupparsi rapidamente; quel tipo di standardizzazione è improbabile che accada rapidamente, se la storia è una guida.
Potrebbe anche esserci una svolta tecnologica che potrebbe cambiare rapidamente il campo di gioco. Ad esempio, se qualcuno potesse sviluppare una batteria ricaricabile economica con un'elevata capacità e un tempo di ricarica rapido, le auto elettriche non avrebbero bisogno di celle a combustibile e non ci sarebbe bisogno di idrogeno sulla strada. Le auto si ricaricherebbero direttamente utilizzando l'elettricità.
Nei prossimi mesi sentirai sempre di più sull'economia dell'idrogeno nelle notizie, perché il battito dei tamburi sta diventando più forte. I problemi ambientali dell'economia dei combustibili fossili si stanno combinando con le scoperte nella tecnologia delle celle a combustibile e l'abbinamento ci consentirà di fare i primi passi.
Il passo più ovvio che vedremo è la commercializzazione di veicoli alimentati a celle a combustibile . Sebbene inizialmente saranno alimentati da benzina e reformer, le celle a combustibile incorporano due importanti miglioramenti rispetto al motore a combustione interna:
I veicoli a celle a combustibile alimentati a benzina sono un ottimo passaggio di transizione grazie a questi vantaggi.
Passaggio a un'economia dell'idrogeno puro sarà più difficile. Le centrali elettriche dovranno passare a fonti di energia rinnovabili e il mercato dovrà concordare le modalità per immagazzinare e trasportare l'idrogeno. Questi ostacoli probabilmente renderanno il passaggio all'economia dell'idrogeno un processo piuttosto lungo.
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