domenica 22 maggio 2011

IDROGENO : come si fa?

La maggior parte dell'idrogeno prodotto al mondo deriva da processi chimici industriali di steam reforming o è ottenuto come sottoprodotto della raffinazione del petrolio e dalle lavorazioni dell'industria chimica. Lo steam reforming non è l'unico metodo, ma è quello che attualmente garantisce la maggiore qualità del prodotto e le quantità richieste dall'industria, a un "prezzo", però, che non possiamo permetterci di pagare.


Nonostante sia l'elemento chimico più diffuso e abbondante dell'universo e nonostante sia il "combustibile" delle stelle, compreso il nostro Sole, è presente sulla Terra solo in combinazione con altri elementi: acqua (H2O), idrocarburi (i composti "CH"), acidi e via dicendo. Ecco quali tecnologie utilizziamo per "estrarlo" e produrre quello che l'industria, la scienza e la ricerca pensano che possa diventare l'energia del futuro.

STEAM REFORMING (reazione di reforming con vapore) È il nome del processo che utilizza il trattamento termico con vapor d'acqua del metano (CH4) o del metanolo (CH3OH) per ricavare idrogeno: il metano è un idrocarburo gassoso a temperatura ambiente, il metanolo (o alcol metilico), a temperatura ambiente è un liquido molto infiammabile. Lo steam reforming avviene in due fasi. Prima la reazione scompone il combustibile in idrogeno e monossido di carbonio (o ossido di carbonio, CO, un gas velenoso, inodore, incolore e insapore). Nella seconda fase avviene una reazione di scambio tra acqua e gas che dà come risultato anidride carbonica (CO2, principale responsabile dell'effetto serra antropico) e ancora idrogeno. Il processo avviene a temperature non inferiori ai 200 °C, con produzione di calore (reazione esotermica) e di elementi pericolosi e inquinanti (CO e CO2), perciò lo steam reforming è dispendioso e inquinante, anche se il risultato, l'idrogeno, può essere poi utilizzato per esempio nelle fuel cell (celle a combustibile), ossia speciali "batterie" che possono fare funzionare un'auto elettrica senza nessuna traccia di inquinamento.

ELETTROLISI Con l'elettrolisi si converte energia elettrica in energia chimica e da ciò poi si ricava idrogeno... Non poi è una grande idea, per via delle transizioni che riportano ancora, nella maggior parte dei casi, a energia elettrica: energia elettrica --> energia chimica --> idrogeno --> energia elettrica. Per i costi, i tempi e le quantità, l'elettrolisi non si presta perciò alla produzione industriale di idrogeno.
L'elettrolisi separa idrogeno e ossigeno partendo dall'acqua: l'elettricità spezza i legami chimici tra i due elementi spingendo gli ioni di idrogeno verso il catodo (polo negativo) e quelli di ossigeno verso l'anodo. Ci sono sistemi che permettono di superare parte di questo doppio meccanismo associando il processo elettrolitico ai pannelli fotovoltaici, in modo da avere gratuitamente l'energia elettrica iniziale, o sfruttando l'energia in eccesso delle centrali nucleari, ma in generale, per la produzione di idrogeno, l'elettrolisi è poco efficiente.

ELETTROLISI AD ALTA TEMPERATURA (termolisi) Più efficiente della tradizionale elettrolisi, permette la separazione idrogeno-ossigeno senza l'apporto di energia elettrica. Per ciò che riguarda l'idrogeno, la termolisi è un processo in fase di sperimentazione associato a grandi centrali solari termodinamiche o a concentrazione, le uniche che permettono di raggiungere e mantenere "gratuitamente" le temperature necessarie (attorno agli 800 °C).

CICLO TERMOCHIMICO Indica la combinazione di una fonte di calore con una reazione chimica per separare ossigeno e idrogeno dall'acqua. Le prime sperimentazioni per produrre idrogeno combustibile via ciclo termodinamico risalgono alla fine degli anni '60, ma l'abbondanza e il prezzo dei combustibili fossili hanno "boicottato" la ricerca, relegandola ad applicazioni particolari (soprattutto militari). Nuovi studi sono ripartiti dopo il 2000 ma siamo ancora lontani da un sistema economico ed efficiente per ricavare idrogeno da usare su vasta scala.

CICLO FOTO-ELETTROCHIMICO Descrive due metodi differenti - uno che utilizza come catalizzatore una soluzione metallica, l'altro un semiconduttore - per convertire l'energia solare nell'elettricità necessaria a innescare l'elettrolisi dell'acqua in idrogeno e ossigeno, in un processo analogo alla fotosintesi. Anche in questo caso siamo ancora allo stadio di ricerca.

BIOREATTORI E PRODUZIONE BIOLOGICA Alghe e batteri per produrre idrogeno! In condizioni particolari i pigmenti di alcune alghe assorbono energia solare e agiscono da catalizzatore per separare ossigeno e idrogeno dall'acqua, agendo come una cella elettrolitica organica (bioreattore). Ci sono poi anche batteri capaci di produrre idrogeno, ma a differenza delle alghe hanno bisogno di un substrato (un "ambiente" particolare) del quale nutrirsi per svilupparsi in colonie. Questo substrato può anche essere un terreno inquinato da idrocarburi, per esempio, e questo offre un doppio vantaggio evidente. Molti ricercatori, a partire da Craig Venter, stanno sperimentando soluzioni di questo genere, ma si tratta appunto ancora solo di promettenti campi di ricerca.
FONTE: http://www.focus.it/Scienza/domande_e_risposte/idrogeno-come-si-fa.aspx

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