IL FUTURO E L'IDROGENO Autrici: Morandi Emanuela, Ubbiali Michela, ISTITUTO D’ISTRUZIONE SUPERIORE “Vincenzo Capirola” di Leno (BS) Autrici: Morandi Emanuela, Ubbiali Michela, Fogliata Elena, Ferrari Elisa, Lanzanova Luana Classe 2Fp Anno scolastico 2002-03 Docente: Dal Bosco Andrea

H2 L’idrogeno è l’elemento chimico più presente nell’universo, costituisce il 75% della sua massa e il 90% delle sue molecole. Essendo già presente in natura, non inquina ed è una fonte energetica potenzialmente illimitata. Secondo autorevoli previsioni, l’economia basata sull’uso di questa fonte energetica, sostituirà quella attuale legata all’uso delle fonti petrolifere. L’idea che l’idrogeno potesse essere una delle soluzioni dei problemi energetici dell’umanità, era stata avanzata addirittura da Jules Verne nel romanzo “L’isola misteriosa”del 1874. Le ragioni fondamentali per dire addio all’uso del petrolio sono quattro: l’esauribilità di tale fonte, il surriscaldamento del pianeta “effetto serra”, il problema politico con il Medio Oriente (possessore delle maggiori riserve di petrolio) e il divario tra “quelli che possiedono” e “quelli che non possiedono” questa fonte energetica. Attualmente, per motivi tecnici e di convenienza economica, l’idrogeno è ricavato soprattutto dagli idrocarburi che come sopra evidenziato sono in esaurimento ed inoltre il processo produce inquinamento ed effetto serra. La soluzione migliore per ottenere l’idrogeno è quindi un’altra: l’elettrolisi (nota da tempo) ottenuta soprattutto utilizzando fonti più ecologiche e rinnovabili. Riprendendo quanto sopra detto, un’economia basata sull’idrogeno eviterà il surriscaldamento del pianeta, cosa questa che porterebbe portare al viale del tramonto la nostra civiltà che utilizza massicciamente i combustibili fossili. La conseguenza più importante dell’avvento di un’economia legata all’idrogeno, sarebbe una democratizzazione della società; il decentramento della reperibilità dell’idrogeno, potenzialmente ovunque, potrebbe favorire una società più giusta dell’attuale. Vi sono comunque dei problemi da risolvere connessi all’esplosività dell’idrogeno.

ECONOMIA ALL’ IDROGENO La teoria scientifica relativa all’uso diffuso di nuova fonte d’energia, quella dell’idrogeno, si sviluppa parallelamente ad una proposta politica che implica una ridistribuzione del potere economico sulla terra e favorisce una democratizzazione della società. Le brevi considerazioni che seguono evidenziano i perché dell’auspicio in tal senso. Nell’ultimo secolo abbiamo assistito alla nascita di un impero fondato sul petrolio gestito da grandi multinazionali che condizionano i mercati economici internazionali. Le prime società quotate in borsa sono le compagnie petrolifere che estraggono, raffinano e distribuiscono i derivati del petrolio (benzine, prodotti plastici, fertilizzanti,…). Attualmente quindi la nostra organizzazione politica, economica e sociale si basa quasi completamente sull’uso delle fonti petrolifere ed è perciò rigida e poco flessibile energeticamente. Si vuole poi porre in luce il grande rischio che il mondo occidentale corre. E’ quello di essere “tenuto in ostaggio” da molti Stati che sono i possessori delle maggiori riserve di petrolio; in essi la componente fondamentalista islamica si fa sempre più minacciosa e agguerrita contro l’occidente per i suoi stili di vita. Una diretta conseguenza della corsa ”all’oro nero”, è stata l’accettazione progressiva del divario esistente tra i paesi ricchi e quelli del terzo mondo. Questi ultimi hanno scontato e scontano l’aggravamento delle loro condizioni di vita anche per l’oscillazione (quasi sempre in crescita) del prezzo del petrolio. L’economia all’idrogeno rappresenta una effettiva possibilità di ridurre questo divario. Le grosse società non avrebbero più il monopolio sulla produzione dell’energia ma si potrebbero limitare alla sua distribuzione tramite la denominata “Hydrogen Energy Web” (HEW). E’ questo un modello di scambio d’energia fra singoli produttori simile allo scambio d’informazioni su Internet. Il ricorso a questo sistema HEW potrebbe così portare a una “democratizzazione sociale” in termini di disponibilità energetica. L’idrogeno infatti è una fonte non esauribile che potrebbe essere accessibile a tutti a costi contenuti.

LE FASI DELLA DIMINUZIONE DEI COSTI NELL’IMPIEGO DELL’IDROGENO (1) INCREMENTO D’USO DELL’IDROGENO Si affineranno le tecnologie di produzione Miglioreranno le modalità di immagazzinamento La produzione attuale avviene principalmente con gli idrocarburi I costi della tecnologia dell’idrogeno si ridurranno H2 Ciò innescherà un incremento della domanda e i costi si ridurranno ulteriormente Produzione progressiva con l’elettrolisi generata da fonti rinnovabili Nel mondo si stanno compiendo grandi progressi per sviluppare le tecnologie competitive che impiegano l’idrogeno. Esistono già delle infrastrutture utilizzante questa fonte energetica lungo le coste Statunitensi e del Golfo del Messico ed inoltre nei Paesi Bassi. Si prevede un incremento dell’uso delle vetture dotate di celle a combustibile idrogeno fra il 2010 e il 2020.

LE FASI DELLA DIMINUZIONE DEI COSTI NELL’IMPIEGO DELL’IDROGENO (2) Motore Otto o Diesel: rendimento massimo 30% Motore elettrico alimentato a celle a idrogeno: rendimento massimo 55% Automobile funzionante con motore elettrico alimentato dalla corrente prodotta da celle a combustibile a idrogeno. Dalla combinazione del motore suddetto con i sistemi elettronici di sterzo, accelerazione e freno, la tecnologia permetterà di suddividere un veicolo come segue: un sottostante telaio portante (supportante quanto sopra elencato) e un abitacolo spazioso sovrastante al telaio. In una stessa vettura potrebbero essere previsti più abitacoli intercambiabili per un medesimo telaio.

SVILUPPO NEL TEMPO

UN ESPERIMENTO MONDIALE IN ATTO IN ISLANDA L’isola ha deciso di convertire al nuovo carburante “idrogeno” l’intero trasporto pubblico entro il 2007. Il progetto, finanziato per il 51% dall’Islanda e per il rimanente dalla Shell, dalla Daimler-Chrysler e dalla Norsk Hydro, prevede di convertire alla nuova energia anche la flotta dei pescherecci del Paese. Per l’Islanda, ma anche per il mondo che guarda l’esperienza islandese, sarà un momento memorabile: una prima tappa verso l’abbandono dei prodotti derivati dal petrolio per garantire mobilità e trasporti. La scommessa è di quelle importanti, infatti l’idrogeno è un’energia rinnovabile, pulita e senza scorie velenose se prodotto a sua volta con energie rinnovabili (eolica, geotermica, …). Le celle a combustibile idrogeno funzionano producendo elettricità e rilasciando nell’aria esclusivamente vapore acqueo. Invece che annerire i polmoni, si appanneranno soltanto i vetri delle finestre. E’ questo un “cambio” fin troppo conveniente per non provarci e in Islanda hanno deciso di scommetterci il proprio futuro. L’obiettivo è quindi quello di fare dell’isola il primo paese “no-oil” del mondo.

LE RAGIONI PER LO SVILUPPO DI UNA ECONOMIA BASATA SULL’ IDROGENO Bibliografia principale: “Economia all’idrogeno” di Jeremy Rifkin I PROBLEMI NELLA SOCIETA’ MONDIALE POSTI DAL PETROLIO Il petrolio è una fonte esauribile e l’incremento demografico e dei consumi stanno riducendo sempre più rapidamente le riserve di idrocarburi. Se non verrà presterà adeguata attenzione a come si è sviluppata l’economia del petrolio e se quindi non sarà tenuto conto e fronteggiato il rischio dell’esaurirsi di tale fonte energetica, si potrebbe assistere alla caduta della nostra civiltà tecnologica (analogie con l’ascesa e la caduta di grandi civiltà per ragioni energetiche “esempio: Impero Romano”). L’uso di combustibili fossili inquina e produce effetto serra (aumento della temperatura media del pianeta e conseguenti cambiamenti climatici). Vi è alto rischio di terrorismo, bioterrorismo, ecc …, come è tragicamente emerso con l’11 settembre. Tutte le infrastrutture su cui si basa il trasporto e la trasformazione del petrolio: gasdotti, petroliere, centrali… sono vulnerabili.

4. Il terrorismo è legato alle difficoltà sorte in seno alla società islamica. Vari Paesi soprattutto del Medio Oriente hanno problemi di sviluppo economico e strutturale e manifestano divisioni interne religiose. Il conflitto tra Israeliani Palestinesi, alimenta tanto odio fra l’occidentale e la civiltà islamica. Molti giovani del Medio Oriente hanno un futuro meno roseo che in passato. Per passato si intende prima del 1974. In questo periodo, con la crisi petrolifera innescata da alcuni Stati Arabi, molti Paesi Occidentali si prodigarono per la scoperta di nuovi pozzi di petrolio nel mondo in zone non mussulmane. Questo ha ridotto un poco l’importanza del petrolio del Medio Oriente. Tale circostanza ha creato alta disoccupazione interna in alcuni Paesi Arabi. In tali Stati l’impiego statale diffuso è divenuto più precario. Il fondamentalismo Islamico trova quindi facilmente persone votate a combattere per gli ideali dell’Islam. 5. Da quanto sopra detto, si capisce che l’occidente corre quindi il rischio di restare senza elettricità, “black out elettrico”, per la difficoltà di soddisfare i bisogni elettrici con gli idrocarburi. Le possibili conseguenze gravi sono: crisi nei centri vitali della società come gli ospedali, le banche, ecc….

I NOSTRI PROBLEMI ENERGETICI E DI SICUREZZA SONO LEGATI A QUELLI DEI PAESI ISLAMICI 1974 Alcuni Paesi Arabi creano la crisi petrolifera nell’occidente L’occidente reagisce cercando e scoprendo nuovi pozzi di petrolio altrove Questo fatto riduce la temporanea importanza delle fonti dei Paesi Arabi Conseguenze nei Paesi Arabi Stagnazione economica Disoccupazione interna Si inaspriscono le divisioni religiose 80% impiego statale Giovani senza futuro Fondamentalismo Terrorismo

UNA POSSIBILE SOLUZIONE DEI PROBLEMI ELENCATI L’economia all’idrogeno può essere una via d’uscita ai problemi citati. L’avvento di tale economia potrebbe forse anche risolvere un nuovo assillo dell’umanità: quello dell’acqua. Il Passaggio temporale dal carbone al petrolio e poi all’idrogeno, comporta una dematerializzazione. In questo processo vi è una riglobalizzazione dal basso: tutti in modo democratico producono e vendono energia, non solo le multinazionali. La prima conseguenza importante sarà una sicurezza migliore nel mondo. I paesi poveri potranno eliminare il problema del debito per comprare il petrolio. L’avvento dell’economia citata permetterà il passaggio dalla geopolitica (controllo di aree strategiche da parte dei paesi ricchi per avere energia a basso costo) alla politica della biosfera (la nuova sicurezza da salvaguardare)

SEGUONO ALCUNI DETTAGLI E APPROFONDIMENTI UTILI PER AIUTARE A COMPRENDERE LE CONTRADDIZIONI DELLA NOSTRA SOCIETA’ BASATA SULL’IMPIEGO DEGLI IDROCARBURI

IL PETROLIO: UNA FONTE NON RINNOVABILE COME L’IDROGENO Il petrolio è il principale combustibile fossile liquido. E’ costituito da una miscela di idrocarburi che derivano dalla decomposizione di organismi animali e vegetali. Poiché i tempi naturali di formazione del petrolio sono di milioni di anni e lo sfruttamento del medesimo è invece rapidissimo, questa fonte è da considerarsi praticamente non rinnovabile. La maggiore o minore facilità di estrazione degli idrocarburi dipende dal grado di fluidità del greggio e dalla permeabilità della roccia. Una volta esaurito il giacimento, resta una roccia spugnosa e vuota. Oggi si procede al recupero secondario mediante sistemi di “gas injection” oppure di “water injection”. Il petrolio greggio non è immediatamente utilizzabile; esso deve invece essere dapprima deacquificato mediante riscaldamento e poi purificato. Infine esso richiede di essere scomposto nei suoi componenti principali e trattato chimicamente per aumentarne il pregio.

L’UTILIZZO DEL PETROLIO Colonna per la distillazione frazionata Industria petrolchimica Prodotti petrolchimici Raffinazione Gas Gas combustibile Benzina Combustibile per motore a scoppio Combustibile per aerei a reazione Virgin nafta Cherosene Combustibile per riscaldamento Gasolio Combustibile per Diesel lenti Combustibili per centrali termoelettriche Combustibile per Diesel veloci Residuo Olio di vaselina Distillazione sotto vuoto Deparaffinizzazione Lubrificanti Paraffina Cracking Ossidazione Asfalti

LE CAUSE DELL’ESAURIBILITA’ RAPIDA DELLE RISERVE DI PETROLIO Picco USA raggiunto già nel 1970 Riserve di petrolio Riserve iniziali di petrolio(2000) Petrolio già usato(875) Quantità 10^6(GBO) Riserve mondiali utilizzabili per raggiungere il picco (125) Tempo Indicatore Picco = il 50%delle riserve è già stato usato GBO = barili di petrolio

SVILUPPO DELL’ECONOMIA BASATA SUL PETROLIO Estrazione dei combustibili fossili Trasporto dei combustibili (petroliere, gasdotti) Raffinazione del combustibile Distribuzione dei derivati del petrolio Autotrazione Riscaldamento edifici Strade (bitume) Industria petrolchimica (fibre sintetiche, detergenti,concimi chimici, prodotti farmaceutici, fertilizzanti) Aerei Centrali termoelettriche Multinazionali L’economia del petrolio ha una struttura piramidale – burocratica; al vertice vi sono le multinazionali che figurano ai primi posti della borsa mondiale

IL GIRO D’AFFARI LEGATO AL PETROLIO

ASCESA E CADUTA DELLE CIVILTA’ PER RAGIONI ENERGETICHE Molte civiltà (ad esempio l’Impero romano), hanno avuto un’ascesa ed una espansione che è stata seguita da una caduta rovinosa. Esse hanno cercato di mantenere stabile il loro potere nel tempo: Potere economico Tempo L’ingigantirsi dell’Impero Romano ha comportato ad Esso costi sempre maggiori per il controllo e la difesa. Tale circostanza ha incrementato le Sue richieste energetiche. Ad un certo punto l’Impero non è stato più in grado di soddisfarle ed è subentrato il Suo tracollo. …ma non ci sono riuscite: Potere economico Tempo

RIPRENDIAMO L’INDIVIDUAZIONE DELLE ALTERNATIVE AGLI IDROCARBURI: LE FONTI RINNOVABILI L’IDROGENO

CERCHIAMO DI INDIVIDUARE LE ALTERNATIVE AL PETROLIO IN TERMINI ENERGETICI

IDROGENO: UNA NUOVA ENERGIA CHE DIVERRA’ COMPETITIVA CON COSTI PROGESSIVAMENTE MINORI

DECARBONAZIONE E DEMATERIALIZZAZIONE DELLA SOCIETA’ NEL TEMPO FONTI RINNOVABILI SOLE VENTO ACQUA Sostituito dal Sostituito dallo H2 (2020) HEW Dematerializzazione = l’idrogeno non richiede necessariamente problemi di trasporto come gli idrocarburi SOCIETA’ DEMOCRATICA

Una importante transizione: la riglobalizzazione energetica POTERE ENERGETICO ATTUALE POTERE ENERGETICO FUTURO Multinazionali degli idrocarburi Tutti i cittadini democraticamente Estraggono Trasportano Raffinano Producono Vendono Il petrolio Energia prodotta con l’idrogeno Mondo Eliminazione del debito dei Paesi poveri Diseguale Insicuro Maggiore sicurezza nel Mondo

Cambiamenti importanti con l’avvento dell’economia all’idrogeno GEOPOLITICA ATTUALE (PETROLIO) GEOPOLITICA FUTURA (IDROGENO E FONTI RINNOVABILI) Controllo di aree strategiche ricche di idrocarburi Salvaguardia del pianeta Uso degli idrocarburi Politica della biosfera Petroliere Gas nocivi nell’aria Aria Acqua Suolo Inquinamento del mare Effetto serra Terrorismo Bioterrorismo Vulnerabilità sociale e ambientale Sicurezza sociale

DETTAGLI TECNICI SULLE SEGUONO ALCUNI DETTAGLI TECNICI SULLE CELLE A COMBUSTIBILE

FUNZIONAMENTO DELLE CELLE A COMBUSTIBILE Pulite Potenti Versatili Efficienti Motore elettrico 2H+ + 2e- 2H2 Membrana Aria O2 H2O (vapore acqueo) (O2 + 2H2 2H2O) - - H+ Serbatoio di H2 H2 H2 - 2e- 2H+ Ambiente esterno

AUTO CON MOTORE A IDROGENO 1886: Karl Benz inventò la prima auto con motore a idrogeno. La tecnologia automobilistica, migliorando il progetto di Benz, sta per dare inizio ad una rivoluzione nei trasporti. Essa prevede dei veicoli funzionanti con motori elettrici ed alimentati con: CELLE A COMBUSTIBILE A IDROGENO. L’uso dell’idrogeno al posto del petrolio renderà le automobili: più ecologiche (economia energetica più “verde”); più sicure; meno costose; più confortevoli.

CENNI SULL’ELETTROLISI PER RICAVARE L’IDROGENO L’elettrolisi dell’acqua avviene in una cella elettrolitica. La tensione teorica minima da applicare ad una cella elettrolitica con elettrodi inerti di platino è di 1,23 [V]. Data la scarsa conducibilità elettrica dell’acqua pura, l’elettrolisi deve essere effettuata con l’aggiunta di opportuni elettroliti all’acqua. Normalmente si crea una soluzione acquosa leggermente acidula aggiungendo semplicemente qualche goccia di acido solforico (H2SO4) all’acqua. Lo schema di questo fenomeno è rappresentato nella diapositiva seguente.

SCHEMA DELL’ELETTROLISI H2O SCHEMA DELL’ELETTROLISI Elettrolisi = trasformazione di energia elettrica in O2 H2 2H2O + energia elettrica 2H2 + O2 energia chimica V, I + - (A.C.) Generazione di tensione alternata t V, I (D.C.) Raddrizzamento della tensione alternata Alternatore t Risorse rinnovabili

IDROGENO COME UNA DELLE POSSIBILI SOLUZIONI DEL PROBLEMA MONDIALE DELL’ACQUA ? Celle a combustibile Motore elettrico Emissione nell’aria di vapore acqueo Raccolta di acqua liquida per i bisogni umani

OSTACOLI ALLO SVILUPPO DELL’ECONOMIA ALL’IDROGENO Al di là dei superabili ostacoli tecnici che rallentano l‘introduzione di veicoli ed apparati alternativi, l’ostacolo principale è di natura politica ed economica. Intorno al petrolio ruotano affari di portata incalcolabile; è quindi facile immaginare che i governi dei Paesi produttori di petrolio e le multinazionali difenderanno con le unghie e con i denti il loro immenso potere. E’ un potere esercitato con tutti i mezzi, dalle pubblicità televisive alle pressioni politiche sui governi dei paesi poveri. Eppure bisogna trovare la forza di ribellarsi. Internet è uno strumento formidabile per far nascere e diffondere movimenti d’opinione. Il pianeta Terra non è una proprietà privata dei petrolieri! Non possiamo rimanere inerti di fronte alla quotidiana e alla repentina e irreparabile distruzione degli ecosistemi!!! L’idrogeno può risolvere molti dei problemi planetari che il petrolio ci causa.