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L’idrogeno: energia pulita come in Natura

Oltre a permettere di costituire un nuovo modello di società durevole e più equa, la combinazione di idrogeno e rinnovabili permette la salvaguardia del pianeta

Nicola Conenna - 11/02/2013




Il sistema energetico della Natura è organizzato quasi tutto su base cellulare, quindi è privo di centrali energetiche, e si alimenta, sia in mare che in terra, con la fotosintesi clorofilliana. I fotoni, provenienti dalla luce solare, sono intercettati e, attraverso un complesso meccanismo biochimico, utilizzati per rompere il legame chimico delle molecole d’acqua, ottenendo idrogeno e ossigeno. L’ossigeno viene liberato e l’idrogeno si lega con l’anidride carbonica presente in aria, formando sostanze chimiche quali gli zuccheri. Questo è quello che fa una foglia o, in mare, il fitoplancton. Tutti sappiamo che le piante hanno bisogno di acqua e della luce del sole. 

Imitare la Natura 

Se noi, esseri umani, vogliamo disporre di un sistema energetico in grado di durare nel tempo senza far danni, dobbiamo imitare il meccanismo della natura appena descritto. L’idrogeno è molto adatto per questo. Noi disponiamo già del fotovoltaico, sistema energetico abbastanza simile alla funzione clorofilliana, anzi, molto più efficiente. Questo va bene per catturare i raggi del sole, ma non è sufficiente: abbiamo ancora bisogno del ciclo dell’acqua. L’idrogeno, il “generatore d’acqua”, è quello che ci serve per chiudere il cerchio. L’energia solare è la fonte primaria di energia ed è immensa, oltre diecimila volte quella che attualmente utilizziamo. È necessario però accumularla, perché di notte non la riceviamo. 

Attualmente, come accumulo dell’energia solare, utilizziamo gli idrocarburi fossili, che sono anch’essi originati dalla fotosintesi clorofilliana, ma attraverso processi della durata di centinaia di milioni di anni, quindi sono praticamente non rinnovabili. Bruciandoli, i loro prodotti di combustione creano diversi problemi a livello locale (nocività per la salute) e a livello globale (riscaldamento del pianeta: il carbonio finito sottoterra ritorna in atmosfera). 

Molto meglio utilizzare l’acqua come accumulo. Con il fotovoltaico la radiazione solare diventa corrente elettrica. Con la corrente elettrica, mediante gli elettrolizzatori, possiamo scindere le molecole dell’acqua per ottenere idrogeno e ossigeno; l’idrogeno accumulato costituisce un accumulo di energia potenziale: ossidato di nuovo restituisce corrente elettrica quando serve. Per fare questo si utilizzano le celle a combustibile, che corrispondono a un elettrolizzatore fatto funzionare al contrario. Il principio di funzionamento è molto semplice: pensate a un bicchiere d’acqua con due elettrodi dentro, e l’aiuto di un catalizzatore. Nel caso di un elettrolizzatore daremo corrente elettrica agli elettrodi, ottenendo idrogeno dall’acqua, nel caso della cella a combustibile daremo, invece, idrogeno, per ottenere corrente elettrica fra gli elettrodi. L’ossigeno è in scambio con l’aria. Non ci sono combustioni, l’ossidazione avviene a bassa temperatura, di solito una cinquantina di gradi. A queste temperature l’azoto dell’atmosfera non si ossida, quindi il nostro sistema rimane nel ciclo dell’acqua, a emissioni zero. Non è proprio come in Natura, ma ci somiglia molto. L’efficienza però è molto maggiore e ci fornisce l’elettricità con cui noi siamo abituati a lavorare: illuminazione, motori elettrici, televisori, computer, telefoni, che in natura non si utilizzano.

Se baseremo la nostra energia su rinnovabili e idrogeno non ci sarà più il carbonio nel nostro ciclo energetico, e potremo, finalmente, iniziare a mettere freno al mutamento del clima della Terra.

Villaggio a idrogeno 

Questo stesso sistema si può adattare ai nostri edifici (abitazioni e unità produttive), che devono produrre più energia di quella che consumano. Per fare questo abbiamo bisogno di un buon isolamento termico, di un orientamento adeguato e di apparecchiature elettriche, dall’illuminazione agli elettrodomestici, ad alta efficienza energetica. E di fonti di energia primaria rinnovabili, che possono variare secondo le caratteristiche del territorio.

Il sistema di accumulo a idrogeno, che andiamo a installare, fa le funzioni di una batteria ricaricabile. Con gli edifici è meglio lavorare in termini di villaggio, piuttosto che di singola abitazione, perché è molto più facile ed economico realizzare il modello precedentemente descritto, ripartendo i carichi su più edifici. Sarà molto importante il ruolo delle reti; gli edifici vanno collegati fra loro, con una rete intelligente che gestisce il funzionamento delle celle a combustibile, presenti nelle unità abitative e produttive, consentendo un’efficienza energetica maggiore e l’installazione di celle a combustibile di minore potenza, quindi più economiche. Con l’utilizzo di un idrogenodotto potremo mettere in rete anche l’idrogeno, oltre che l’elettricità.

L’intero villaggio potrà essere completamente autosufficiente. La copertura fotovoltaica, che dovrà essere integrata con gli edifici, potrà essere diseguale, secondo le caratteristiche delle costruzioni. Nel complesso il villaggio disporrà di energia sufficiente. Il villaggio, nel suo insieme, produrrà idrogeno con un elettrolizzatore, che potrà essere di quartiere o di condominio, con un deposito di idrogeno in comune e delle tubature di collegamento. Abbiamo così introdotto dei concetti importanti, che sono l’autoproduzione di energia (fotovoltaico e cella a combustibile) e la condivisione (reti dell’elettricità e dell’idrogeno). L’intero sistema potrà essere in isola, o collegato a reti più vaste. Il modello è quello di Internet, anche per le reti elettriche. 

L’energia solare è la fonte primaria di energia ed è immensa, oltre diecimila volte quella che attualmente utilizziamo.

Auto a idrogeno 

Vediamo ora come il nostro sistema energetico può alimentare anche le autovetture, e i mezzi di trasporto in genere, utilizzando il surplus di energia che produce, sostituendo i carburanti tradizionali, benzina e gasolio, con idrogeno e miscele di idrogeno e biogas prodotti da fonti rinnovabili. L’ideale sarebbe utilizzare veicoli a motore elettrico alimentati a idrogeno mediante celle a combustibile, che sono già esistenti, ma ancora molto costosi. In attesa di svilupparne di accessibili, si possono usare i veicoli già esistenti, con motori a combustione alimentati a miscela di idrogeno con biogas, o idrogeno con biodiesel. In entrambi i casi potremo ricaricare le nostre autovetture con l’energia del villaggio, o delle singole unità abitative, utilizzando energie rinnovabili. 

Ammettiamo di poter disporre subito di autovetture a trazione elettrica alimentata da cella a combustibile a idrogeno. In questo caso disporremmo di una vera e propria centrale elettrica montata su quattro ruote. La potenza elettrica di un’autovettura corrisponde, circa, a quella di venti appartamenti. Nel nostro villaggio potremmo disporre di box di parcheggio, nei pressi della propria abitazione, dotati di compressore per ricaricare i serbatoi dell’autovettura durante la sosta e di attacco elettrico. Quindi, nel corso della notte, il nostro veicolo sarebbe rifornito per gli spostamenti del giorno successivo, entro i limiti della capacità del serbatoio, e potrebbe funzionare da centrale di produzione elettrica, utilizzando l’idrogeno proveniente dall’idrogenodotto locale. Si tratta della stessa funzione che può svolgere la cella a combustibile di casa, ma quella dell’automobile sarà almeno dieci volte più potente. Così l’autovettura lavora anche durante la sosta e si ripaga del suo costo vendendo energia. 

Si tratta poi di bilanciare bene il sistema energetico, basato sulle energie rinnovabili disponibili sul territorio, ma è possibile effettuare delle scelte progettuali in grado di assicurare l’autosufficienza energetica del villaggio, garantire il rifornimento dei veicoli e generare un surplus in grado di alimentare attività produttive pulite. Questo sarà possibile se l’efficienza energetica sarà molto alta, l’utilizzo dell’elettronica bilanci bene la rete intelligente e il posto scelto sia adatto. Queste attività andrebbero integrate con un’azienda agricola biologica, in grado di produrre buona parte del cibo a km zero, e contribuire alla produzione di energia, in linea con la propria vocazione tradizionale, dal momento che anche il cibo è energia. 

Vivere meglio rispettando la Terra 

Progetto affascinante ma poco realizzabile? La buona notizia è che lo stiamo già facendo. In Puglia abbiamo già iniziato la progettazione, finalizzata alla realizzazione, di due villaggi basati su questi principi. Uno in montagna ad Accadia sui Monti Dauni, l’altro sul Gargano a Vico, vicino al mare. Il criterio di progettazione sarà open source tramite i nostri siti internet. Sarà possibile partecipare alla realizzazione dei villaggi, sempre contattandoci tramite i siti internet. Sarà possibile partecipare a un azionariato diffuso per la realizzazione dei villaggi. Nella Foresta Umbra sta nascendo la Scuola Garganica della Nuova Energia, nel cuore della foresta, dal momento che vogliamo fare riferimento alle strategie fondamentali della natura. Chi lo desidera potrà partecipare ai corsi. L’idrogeno è il complemento necessario delle energie rinnovabili, la sua versatilità ci consentirà di metterlo alla base di un nuovo modello di società, dove l’autoproduzione e la generazione diffusa porteranno a un nuovo modello economico decentrato, cui Internet ha già aperto la strada. Se baseremo la nostra energia su rinnovabili e idrogeno non ci sarà più il carbonio nel nostro ciclo energetico, e potremo, finalmente, iniziare a mettere freno al mutamento del clima della Terra.

 

 

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Articolo tratto dalla rivista nr. 31


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Categorie: Ecologia e Localismo,Ambiente


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