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Che cos’è l’idrogeno?
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LEGAME AD IDROGENO
Nasce quando l’atomo di idrogeno
forma una molecola insieme ad un
elemento molto più elettronegativo
di lui, che rende la molecola in
questione polarizzata, facilitando un
legame di tipo elettrostatico tra
l’atomo di idrogeno e la molecola
adiacente ( per esempio con
H2O;HF e NH3).
L'idrogeno (dal greco ὕδωρ:acqua; la
radice γεν/γον significa generare
quindi generatore d'acqua)è il primo
elemento della tavola periodica, ha
come simbolo H e come numero
atomico 1. L'idrogeno è l'elemento più
leggero e più abbondante di tutto
l'universo osservabile. È presente
nell'acqua (11,19%) e in tutti i composti
organici e organismi viventi ed è
occluso in alcune rocce, come il
granito. Può assumere solo due
numeri di ossidazione nei propri
composti binari, i cosidetti idruri:
quando l’elemento con cui si lega è un
non-metallo e può avere quindi un
numero di ossidazione negativo,
l’atomo di H assume un numero di
ossidazione +1 .
Quando l'elemento con cui si lega è un
metallo, che può avere numero di
ossidazione solo positivo, allora
l’atomo di H assume numero di
ossidazione -1
È una molecola molto stabile e che
necessita di elevate temperature per
reagire
PERCHE' PROPRIO L'IDROGENO?
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Può essere utilizzato in tutti gli input energetici,
compreso lo stoccaggio
è il miglior combustibile conosciuto
la sua combustione è pari a 3 volte il calore
sviluppato dal petrolio
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dalla sua combustione si produce vapore acqueo e
nessun gas che danneggino l'ambiente
essendo l'elemento più diffuso in natura se ne può
sfruttare un'elevata quantità
COME PUO'ESSERE UTILIZZATO?
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nei MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA: per
ridurre le emissioni rispetto ai carburanti
convenzionali, evitando la produzione di monossido
di carbonio e di idrocarburi incombusti.
nelle CENTRALI TERMOELETTRICHE: per utilizzare
al meglio le caratteristiche dell'idrogeno come
combustibile attraverso macchinari altamente
sviluppati
nelle CELLE A COMBUSTIBILE: peri convertire in
modo diretto e continuo l'energia chimica di un
combustibile in energia elettrica, producendo inoltre
calore e acqua.
COME SI OTTIENE?
La produzione dell'idrogeno può essere
attuata attraverso 3 procedimenti
differenziati:
TERMOCHIMICI : consentono di
estrarre l'idrogeno utilizzando energia
termica;
ELETTROCHIMICI : consentono di
estrarre l'idrogeno utilizzando
corrente elettrica;
BIOCHIMICI : consentono di estrarre
l'idrogeno utilizzando organismi
(alghe, microrganismi, batteri,...).
Ma sono le fonti energetiche ad
alimentarli quindi è necessario fare
una distinzione :
IDROGENO PRODOTTO DA FONTI
NON RINNOVABILI
Gas Naturale, Carbone, Prodotti
Petroliferi, Nucleare
IDROGENO PRODOTTO DA FONTI
RINNOVABILI:
Sistema eolico,termico,idrico e solare
VARIE UTILITA’…
ECONOMIA AD IDROGENO
L'idrogeno brucia combinandosi con l'ossigeno,
e il prodotto della combustione è costituito da
acqua pura. Questo ha convinto molti che
l'idrogeno, combustibile pulito per eccellenza,
possa costituire la soluzione ideale dei problemi
dell'energia.Ma l'idrogeno non è una nuova
fonte di energia, ma al più un mezzo per
immagazzinarla e trasportarla: tra tutti,però,
forse il più costoso e meno pratico.Una cella a
combustibile è in grado di trasformare l'idrogeno
in elettricità con un rendimento superiore al
50%, ma costa circa 100 volte di più, a parità di
potenza, di un normale motore d'automobile. La
distribuzione e l'immagazzinamento di questo
gas comporta grosse difficoltà tecnologiche e
infrastrutturali in quanto a causa della sua bassa
densità occorrerebbero 15 autobotti per
trasportre la stessa quantità di energia
contenuta in un'autocisterna di benzina.Sebbene
la maggior parte delle persone percepisca
l'idrogeno e le celle a combustibile come una
tecnologia alternativa per i mezzi di trasporto, i
veicoli saranno probabilmente l'ultima delle sue
applicazioni
EVENTUALI PERICOLI:
La poca familiarità con questo vettore porta ad applicare condizioni
particolarmente restrittive per la sua utilizzazione, difatti questo
gas è meno infiammabile della benzina e la sua temperatura di
autoaccensione è
di circa 550 °C, contro i 230-500 °C della precedente.
L’idrogeno è il più leggero degli elementi (quindici volte meno
dell’aria), e perciò si diluisce
molto rapidamente in spazi aperti.
È praticamente impossibile farlo detonare, se non in spazi
confinati. Per individuare concentrazioni
potenzialmente pericolose si utilizzano sensori che possono
facilmente comandare
adeguati sistemi di sicurezza.
Quando brucia, l’idrogeno si consuma molto rapidamente, sempre
con fiamme dirette verso l’alto
e caratterizzate da una radiazione termica a lunghezza d’onda
molto bassa, quindi facilmente
assorbile dall’atmosfera. È stato calcolato, facendo uso di dati
sperimentali, che l’incendio di un veicolo a benzina si protrae per
20-30 minuti, mentre per un veicolo ad idrogeno non dura più di 12 minuti .
La bassa radiazione termica fa sì che esistano poche possibilità che
materiali vicini possano essere a loro volta
incendiati, riducendo così,anche il pericolo di emissioni tossiche.
L’idrogeno, al contrario dei combustibili fossili, non è tossico, né
corrosivo ed eventuali perdite
dai serbatoi non causano problemi di inquinamento del terreno o
di falde idriche sotterranee
AUTO AD IDROGENO: LA SALVEZZA
DELL'AMBIENTE
Da anni ormai si parla di utilizzare l’automobile ad idrogeno, si compiono ricerche e si investe molto su questa tecnologia. Oggi
finalmente l’auto ad idrogeno é diventata realtà. Moltissime case automobilistiche (Mercedes, Volvo, FIAT, Toyota, Hyundai..) hanno
prodotto alcuni esemplari che dal 2020 saranno reperibili sul mercato. Un mercato che oggi non potrebbe competere con quello delle
normali automobili a causa dei costi troppo elevati
per le infrastrutture necessarie ma con la progressiva diminuzione dei costi della produzione
e l’aumento del prezzo del petrolio il mercato delle auto a idrogeno diverrà nel giro di un
decennio conveniente oltre che per l’ambiente anche per le tasche dei
consumatori. Nello specifico come funziona una macchina ad idrogeno? L’idrogeno é un
vettore energetico, in quanto si può produrre sfrut-tando altre fonti energetiche (idrocarburi, energia nucleare, energie rinnovabili quali vento, sole,acqua, biomasse).Immagazzinando
in esso una tale energia che può così essere portata in giro come un semplice gas e successivamente recuperata. All’interno di un’automobile per mezzo delle cosiddette celle a combustibile l'idrogeno reagendo con l'ossigeno converte l’energia prodotta in elettricità. In questo caso
si ha un processo “pulito”, nel senso che da un punto di vista chimico il risultato del processo é
vapore acqueo: niente gas inquinanti, niente polveri.
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QUALI SONO GLI OSTACOLI?
Vi sono diversi impedimenti che si oppongono alla penetrazione del veicolo a idrogeno. Le principali barriere sono tecnologiche,
strutturali,economiche, normative, di accettazione sociale. Tra i problemi tecnologici, il sistema d’accumulo dell’idrogeno a bordo è uno
dei più critici in condiziona pesantemente l’autonomia del veicolo rispetto ai concorrenti convenzionali causa dell’eccessivo peso e
ingombro dei serbatoi attuali. È pertanto necessario operare una del contenuto di platino nei catalizzatori e, in prospettiva, l’utilizzo di
nuovi materiali di costo inferiore. Fra gli ostacoli strutturali si può includere la mancanza di una rete di stazioni di rifornimento e ’avvio
della realizzazione delle infrastrutture di distribuzione appare un’operazione complessa da attuarsi i produttori di autoveicoli, sia per
l’incertezza sulla redditività dell’investimento sia per quanto riguarda la scelta delle tecnologie di produzione dell’idrogeno, la fonte da
usare e la modalità d’approvvigionamento
Il problema dello
stoccaggio dell'idrogeno
Il sistema basato sugli enzimi riduce il
problema di stoccaggio e distribuzione
dell'idrogeno. Non necessita di alte
temperature per la produzione
dell'idrogeno o di basse temperature
per il suo stoccaggio. Inoltre, l'amido
avendo natura vegetale è assimilabile
alle energie rinnovabili e può essere
facilmente prodotto ovunque. Il
cammino verso l'era dell'idrogeno non
segue un'unica via. Questa ricerca si
aggiunge pertanto a tutte le altre,
avvicinandoci tutti un po’ di più alla
rivoluzione blu del terzo millennio.
IDROGENO PRODOTTO DA AMIDO ED ENZIMI
La rivista scientifica "Plos One" ha recentemente pubblicato una
scoperta degli scienziati del Virginia Tech, dell'Oak Ridge National
Laboratory (Ornl) e dell'University of Georgia, che utilizzando
alcuni enzimi come catalizzatori in una miscela di acqua e amido
sono riusciti a produrre automaticamente idrogeno.Come noto,
non esiste sulla Terra allo stato libero ma soltanto combinato con
altri elementi e l'utilizzo delle fonti fossili e del gas naturale non
riduce sensibilmente l'emissione globale di CO2. Per questa
ragione la scoperta di nuove fonti produttive basate sulle energie
pulite è da considerarsi una buona notizia. Gli scienziati della
Virginia Tech hanno utilizzato una combinazione di 13 enzimi che
non si ritrovano insieme in natura, in grado di convertire
polisaccaridi e l'acqua in idrogeno. La loro scoperta nasce dalla
diretta osservazione della natura. I polisaccaridi come la cellulosa
e l'amido sono normalmente usati nei processi vegetali dalle
piante per conservare energia. Il contatto diretto con gli enzimi
consente di produrre energia, biossido di carbonio e idrogeno. Il
processo ha il vantaggio di poter avvenire in condizioni ambientali
normali di temperatura e pressione. Secondo gli scienziati è
possibile concepire un'automobile in grado di produrre e
consumare idrogeno utilizzando come materia prima direttamente
gli elementi primari nel serbatoio. In altre parole, invece di fare il
pieno a idrogeno un'automobile può fare il pieno di amido e
produrre così l'idrogeno per far funzionare il motore. Un normale
serbatoio auto con una capienza di 45 litri può contenere 27 kg di
amido necessari per produrre 4 kg di idrogeno e percorrere circa
300 miglia
L’utilizzo dell’H nel tempo
L’utilizzo dell’idrogeno come combustibile era già conosciuto nella metà del secolo scorso. Per
molti l’idrogeno è ancora legato ai ricordi dei primi dirigibili tedeschi, i mitici Zeppelin, divenuti
memorabili per le crociere transoceaniche che compievano. Tra questi ricordi, purtroppo, ve ne
sono alcuni anche tragici.Infatti, per sottolineare la pericolosità dell’idrogeno, molto spesso si
ricorda la tragedia del dirigibile Hindenburg, che si incendiò e precipitò al suolo nel 1937. Ad
un’analisi più accurata si notò che, in realtà, la presenza dell’idrogeno non era stata la causa
principale dell’accaduto. Infatti, recenti studi tendono ad attribuire la responsabilità dell’incendio
al rivestimento del dirigibile, estremamente infiammabile.Nel corso degli anni, il settore in cui si è
concentrata la maggior parte delle ricerche è stato quello dei trasporti. Da decenni, ad esempio, si
propone di utilizzare nel trasporto aereo l’idrogeno al posto del combustibile attualmente
utilizzato, soprattutto perché il peso dell’idrogeno risulta essere inferiore. Le prime esperienze in
tale campo risalgono al 1957, quando negli Stati Uniti fu costruito un bombardiere B-57
alimentato ad idrogeno.
Nel settore del trasporto su gomma, già nei primi anni Settanta, un ingegnere
torinese,Massimiliano Longo, aveva sviluppato un sistema per utilizzare l’idrogeno nelle
automobili. Questa possibilità ha poi assunto un’importanza strategica con lo sviluppo delle celle
a combustibile. In realtà, già nel 1839 il fisico britannico William R. Grove dimostrò che la
combinazione elettrochimica di idrogeno e ossigeno genera elettricità; generare energia elettrica
in una cella contenente acido solforico, dove erano stati immersi due elettrodi, costituiti da sottili
fogli di platino, sui quali arrivavano rispettivamente idrogeno ed ossigeno. Tuttavia, le celle a
combustibile non esaminato fino agli anni Sessanta, quando la NASA iniziò a realizzarne versioni
leggere per alimentare i veicoli spaziali.
Cosa si verifcò utilizzando l'H in campo
militare?
Oltre che per fini pacifici, l’idrogeno venne utilizzato
anche nel settore militare. Gli Americani
finanziarono le ricerche per un nuovo tipo di
ordigno dalle potenzialità distruttive ancora
maggiori della bomba atomica. Il progetto, affidato
ad un gruppo di scienziati diretto da Edward Teller,
portò alla realizzazione di una nuova generazione di
bombe, dette “H” o “all'idrogeno”, la cui potenza
distruttiva era eccezionale, come dimostrò la prima
esplosione sperimentale, fatta il 1 novembre 1952
nell'isoletta di Eniwetok nell'arcipelago delle
Marshall (Pacifico settentrionale). L'ordigno, che
pesava 65 tonnellate, scavò un cratere largo 3
chilometri e profondo 800 metri, cancellando
praticamente l'isola. Tali bombe non sono mai state
usate in guerra, ma sono stati effettuati vari test
sperimentali con molti effetti indesiderabili e per
ridurre questi pericoli che nell'agosto del 1963 gli
Stati Uniti, l'Unione Sovietica e la Gran Bretagna
firmarono un trattato che bandiva gli esperimenti
con qualsiasi tipo di arma nucleare nell'atmosfera
nello spazio o sott'acqua. . MA in sostanza cos'è la
bomba ad idrogeno? è una bomba a fissione in cui
una normale bomba atomica , che serve da innesco,
viene posta all'interno di un contenitore di materiale
fissile insieme ad atomi leggeri. Quando la bomba A
esplode, innesca la fusione termonucleare dei nuclei
degli atomi leggeri; questo processo provoca a sua
volta la fissione nucleare del materiale che la
circonda (solitamente la reazione di fissione
corrisponde a 2/3 della potenza totale, mentre quella
di fusione ad 1/3).
Quali sono le conseguenze?
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I raggi dovuti allo scoppio della bomba a
implosione riscaldano l'intero nucleo,
mentre le protezioni prevengono una
detonazione prematura provocando un
forte aumento di pressione che comprime
il deuteruro solido comincia un processo
di fissione nella canna di plutonio con
emissione di radiazioni e neutroni e
insieme al litio si forma il trizio: ora si
verifica la fusione
i seri danni che provoca :
onda di calore fino a 320 milioni
di kelvin in corrispondenza del punto di
detonazione;
onda d'urto;
emissione di radiazioni (direttamente con
l'esplosione e tramite
successivo Fallout radioattivo);
effetto EMP (Electro Magnetic Pulse),
scoperto solo a partire da alcuni test
nucleari dei primi anni sessanta
Cosa fa l’Europa per garantire lo
sviluppo?
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In Europa è in atto un'intensa attività di ricerca industriale su numerose varianti di pile a
combustibile che potranno essere sfruttate sia per i motori elettrici delle automobili che per le
centrali di elettricità e di calore. Fortunatamente la produzione energetica sostenibile appare
promettente sia dal punto di vista scientifico che finanziario. Da quasi quattro decenni l'Europa
ha avviato un vasto sforzo di ricerca sulla fusione che attualmente
è oggetto di una vasta cooperazione mondiale (ITER) che intende
terminare il primo reattore sperimentale. Nell’ottobre 2002, è stato
creato un gruppo di qualificati ricercatori con il compito di definire
un programma e le priorità per promuovere la diffusione e l’utilizzo
dell’idrogeno. Nel giugno 2003 a Bruxelles è stato da questi presentato un documento sulla “Visione Europea”che, di pari passo con lo sviluppo delle celle a combustibile e delle tecnologie correlate, prevede
che intorno al 2050 l’idrogeno prodotto da fonti rinnovabili rivestirà
un ruolo importante nella produzione di energia.
E l’italia?
•
C' è qualche speranza di vedere
un'auto a idrogeno!
un'importante svolta è stata segnata
nel luglio del 2006 quando è stata
inaugurata la prima stazione europea
con impianto a idrogeno nell'area di
servizio Agip di Grecciano.
Secondo un'attenta valutazione
questa stazione è in grado di garantire
433 ”pieni” all’anno, il che equivale a
rifornire 4 veicoli che percorrano
annualmente 10.000 chilometro,
l'idrogeno è ottenuto attraverso
l'energia ricavata da pannelli
fotovoltaici e tre pale eoliche . A
questa piccola centrale d’energia
rinnovabile verrà presto affiancato un
sistema di generazione da 30 Kw
alimentato a gas naturale e utilizzato
per il condizionamento dei locali.
•
COSA STA FACENDO?
In Italia la disponibilità di un vettore
energetico rappresenterebbe una vera
e propria salvezza in quanto potrebbe
risolvere il problema della dipendenza
dalle importazioni di gas e petrolio
aspirando così a una posizione
competitiva in questo business. Il
guadagno non consisterebbe solo
nell'aspetto finanziario ma anche in
quello ambientale che risulta
altrettanto importante favorendo così
il conseguimento degli obbiettivi
previsti dal Protocollo di Kyoto.
IL MONDO DELLA RICERCA
•
•
Hydrogen (f)or Life è un organizzazione di
protesta che tutela lo sviluppo delle tecniche
naturali di produzione dell'idrogeno. Il
movimento, nato da un'iniziativa di ricercatori
dell'Università di Montreal ed attivisti canadesi,
ha ricevuto immediato consenso da parte di
diversi rappresentanti del mondo dello
spettacolo come Sting , Max Philip Navarro , Hal
Ozsan , Val Kilmer , e Serj Tankian . Gli studiosi
ritengono, infatti, che i brevetti per l'ottenimento
pulito dell'idrogeno, siano stati insabbiati dai
grandi centri di potere, legati a doppio filo con
le lobby del petrolio e le relative speculazioni
economiche. Attualmente tutto si sta
realizzando secondo le previsioni degli studiosi.
I ricercatori ritengono che le lobby abbiano
spostato le loro mire sulle risorse idriche del
nostro pianeta, e che sia in corso una vera e
propria corsa all'accaparramento dei corsi
d'acqua in vista della successiva imposizione
dell'economia ad idrogeno.
•
H2U è un'università che intende lavorare in
stretta relazione con i governi regionali, il
mondo delle imprese e delle università allo
scopo di sviluppare una vera e propria
“Economia dell’Idrogeno”, che richiede una
intensa attività di ricerca, legata alle esigenze e
alle caratteristiche territoriali. A questo scopo
sono già stati sviluppati rapporti con Università,
Regioni, Camere di Commercio
Quali sono e soprattutto a cosa
servirebbero le piste
attualmente seguite dai
ricercatori ?
-pile a combustibile: in fase di sviluppo e
molto avanzato : è un generatore di
elettricità che sfrutta la reazione tra
l'idrogeno e l'ossigeno dell'aria per
produrre acqua liberando elettroni.
Tempo previsto : 2 decenni!!
- fusione di nuclei di idrogeno: ancora
agli inizi: copiare in maniera controllata il
gigantesco processo di produzione di
energia che avviene nell'universo
stellare, che sarebbe possibiliìe
attraverso la trasformazione di nuclei di
idrogeno in elio. Eliminerebbe in modo
radicale l'ipoteca rappresentata
dall'esaurimento progressivo delle
risorse fossili, senza produrre emissioni
inquinanti.
COSA NE PENSANO GIORNALISTI,
SCRITTORI E FILOSOFI?
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•
''Agisci in modo tale che gli effetti della
tua azione siano compatibili con la
continuazione di una vita autenticamente
umana“
IL PRINCIPIO RESPONSABILITA'
L'etica della responsabilità viene estesa
da Hans Jonas nel tempo e nello spazio,
poiché egli ritiene che le azioni da noi
compiute positive o non andranno a
ripercuotersi su coloro che << non sono
ancora nati>> e verso l'intera biosfera
che dobbiamo tutelare. Hans Jonas
ritiene assolutamente necessario che sia
applicato il principio di responsabilità ad
ogni gesto a cui l'uomo deve far fronte e
inserisce la propria proposta teorica nel
provocatorio progetto della fondazione
dell'etica nell'ontologia per
salvaguardare un universo minacciato
dalla tecnica.
Jeremy RifKin ha individuato le modalità della
sua produzione, attraverso l'elettrolisi
dell'acqua utilizzando, come metodologia per
l’effettuazione del processo elettrolitico,
l’impiego di energie rinnovabili e pulite.
•
Gianni Parrini, comparso sul Quotidiano “La
Stampa” in data 10 Marzo 2010:
‘’Prendi il sole e la pioggia uniscili con il nanotech
e avrai idrogeno pulito’’
•
SOGNO DI ORTWIN RUNDE, il quale, invitava i
suoi concittadini di Amburgo ad immaginare
come l'uso esclusivo dell'idrogeno,come
carburante per i trasporti, avrebbe cambiato la
qualità della loro vita. “le strade sarebbero
silenziose: solo il rumore del rotolamento dei
pneumatici e il soffio del vento, invece del
rombo degli scappamenti.La città sarebbe
pulita, perché le emissioni inquinanti sarebbero
pressocché ridotte a zero..''
•
Andrea Pivatello: vuole trasmettere ai lettori un
quadro definito di quanto è accaduto nel mondo
dell’idrogeno durante il 2009, attraverso una
fotografia semplice e chiara, ispirandosi in
questo all’intrigante immagine in copertina:
l’acqua che accende una luce.
L’IDROGENO SPACCA
L’idrogeno è bello, l’idrogeno è sano
L’idrogeno è vita per l’essere umano,
L’idrogeno è una scelta di consapevole importanza
Che migliorerà il nostro mondo con costanza.
Tu pensa al futuro con questa risorsa
Mentre l’inquinamento stringe il pianeta in una morsa
Fabbriche, centrali e traffico incessante,
E l’atmosfera si fa più pesante.
L’idrogeno ci piace …
Da secoli ci scaldiamo con il fuoco e con il gas
Ma ora anche l’acqua può andare bene per la casa
Il termosifone in pensione se ne andrà
Le celle a combustibile sono la realtà
Su 4 ruote non distruggerò più la natura
La benzina me la bevo, tanto è una bella fregatura
Mai più le guerre per il possesso del petrolio
Le macchine non voglio più il vostro sporco oro.
Non vado più dal benzinaio, strozzino e usuraio
Ma metto l’acqua nel motore ed escono bolle di sapone.
Dopo Chernobyl continuiamo a costruire le centrali
Finché le radiazioni non ci faran spuntare le ali
L’idrogeno lo può completamente rimpiazzare
Fateci la bomba ma non usiamo il nucleare.
Ci puoi fare quello che ti pare
Quindi, vattelo a comprare
Ma occhio alle fregature
NO ALLE ENERGIE MENO PURE!
Testo scritto da: Ferretti, Refrigeri e Sciarra
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BEL HAJ AMMAR Sara
DE ANGELIS
Camilla
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FERRETTI
REFRIGERI
SCIARRA
Yuri
Luca
Federico