Tempo fa, in risposta a un Bertrand Russel che era riuscito a scovare una falla nella formalizzazione assiomatica della matematica dell’epoca, Gottlob Frege scrisse che “consolazione del meschino è avere compagni nella sventura”. È probabilmente per colpa di questa massima che nell’ultimo mese non riesco a sentirmi rincuorato dall’appurare che tante altre persone, oltre a me, sono rimaste molto deluse dall’ultimo episodio della saga di Guerre Stellari.

Da bambino volevo tanto viaggiare su un’astronave, e crescendo mi sono accorto che in fondo l’ho sempre fatto, o comunque ho deciso di convincermene, onde evitare che i miei sogni d’infanzia nati nel segno del Millennium Falcon s’infrangessero contro il ruvido scoglio della realtà. Rubando infatti una felice metafora a Vincenzo Balzani, non è poi così assurdo pensare al nostro pianeta come a una grande astronave, più o meno come la Morte Nera, ma i cui astronauti, almeno per ora, possono nuocere solo a loro stessi. Come in tutte le navicelle anche sulla Terra c’è bisogno di scorte energetiche per andare avanti, e proprio in questo periodo ci stiamo accorgendo sia che queste stanno finendo, sia che finora le abbiamo utilizzate anche peggio dei Balosar.

C’è stato chi ha provato a far notare che usare il petrolio per produrre energia è un po’ come scaldare la casa bruciando mobili d’antiquariato, e che le potenzialità dell’oro nero come risorsa di idrocarburi potrebbero essere sfruttate in modo più saggio, ma, come è forse inevitabile, per mettere in discussione seriamente le nostre politiche energetiche abbiamo dovuto attendere segnali ben più chiari, come il riscaldamento globale e il pesante inquinamento atmosferico, in grado di ridurre significativamente l’aspettativa di vita umana, sia come specie sia a livello di singolo individuo.

Un’alternativa che sta ritornando in auge sui giornali e di cui spesso si sente parlare riguarda l’utilizzo dell’idrogeno molecolare (H2) come fonte di energia. Facendo reagire questa semplicissima sostanza con l’ossigeno molecolare (O2), cioè bruciandola esattamente come ora facciamo con il petrolio, è possibile produrre energia in modi molto efficienti, tutti basati su una semplice reazione chimica che può essere schematizzata nel seguente modo:

2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) + energia

dove i pedici (g) e (l) stanno a indicare lo stato, gassoso o liquido rispettivamente, in cui di norma si trovano le sostanze considerate.

Per esempio è con l’idrogeno che lo Space Shuttle veniva fatto decollare e anche rifornito di energia durante le missioni in orbita; se infatti si sfruttano le celle a combustibile è possibile produrre elettricità sempre grazie alla reazione tra H2 e O2, due gas peraltro tutt’altro che inquinanti. Sono già disponibili anche prototipi funzionanti di automobili che sfruttano quello che tanti ritengono il combustibile del futuro e che, come rappresentato sopra, non immettono in atmosfera né anidride carbonica (CO2), né le famigerate polveri sottili, bensì hanno semplicemente dell’acqua (H2O) come prodotto di scarto. Ben lontano quindi dall’essere una divagazione fantascientifica, l’utilizzo dell’idrogeno come fonte energetica risolverebbe praticamente tutti i problemi attualmente connessi ai combustibili fossili, compresi quelli geopolitici legati alla distribuzione non omogenea delle risorse e al conseguente instaurarsi di un monopolio energetico: l’idrogeno è infatti un elemento molto abbondante, presente praticamente ovunque intorno a noi.

Lo scenario appena descritto purtroppo è un sogno persino più irrealizzabile di quello che avevo da bambino di viaggiare su un’astronave; l’idrogeno non sarà mai una fonte primaria di energia e lo scoglio su cui si infrange l’utopia sopra delineata è il fatto che sulla Terra non esistono giacimenti di idrogeno molecolare, a dispetto della sua ubiqua diffusione come elemento (H) combinato con altri atomi a formare molecole, come la già citata H2O. L’idrogeno molecolare utilizzato oggi per produrre energia non è stato estratto da qualche tipo di riserva come succede per i combustibili fossili, ma è stato invece prodotto attraverso processi, come l’elettrolisi dell’acqua, che hanno essi stessi richiesto energia, necessariamente ricavata dalle fonti primarie tradizionali e, come ci insegna la termodinamica, inevitabilmente in quantità superiore a quella poi effettivamente utilizzata.

H2, la più semplice delle molecole neutre, rimane però un combustibile eccellente e, benché non sia pensabile come una fonte di energia primaria, potrà forse giocare un ruolo importante come vettore energetico, cioè una sostanza in grado di immagazzinare energia proveniente da fonti primarie, da utilizzare poi quando ce n’è bisogno, un po’ come facciamo con le pile.

La prospettiva di questa parziale economia all’idrogeno, decisamente più realistica della precedente, dovrà però superare due grossi ostacoli prima di essere praticabile e di sostituirsi all’attuale situazione basata sui combustibili fossili. Anzitutto, com’è intuibile, l’uso di H2 come combustibile nella vita di tutti i giorni non fa che mettere CO2 e polveri sottili sotto il tappeto: resta comunque il problema di trovare fonti di energia alternative che possano essere investite per produrre il prezioso gas. Le strade più promettenti, anche se ancora molto lunghe e attualmente svantaggiose dal punto di vista economico, che la ricerca scientifica sta provando a percorrere sono quelle della fotosintesi artificiale e dell’elettrolisi, entrambe basate sulla conversione dell’acqua in H2 e O2 usando come fonte primaria di energia quella solare, l’unica vera risorsa che l’astronave Terra riceve continuamente dall’esterno.

L’inefficienza delle strategie precedenti va sommata a un secondo grosso problema attualmente irrisolto, quello dell’immagazzinamento dell’idrogeno. In condizioni normali di temperatura e pressione bruciando un litro di benzina si ottiene una quantità di energia circa 2500 volte maggiore di quella contenuta in un litro di idrogeno, che trovandosi allo stato gassoso è ovviamente meno denso. Questo lo rende un combustibile estremamente svantaggioso dal punto di vista della densità energetica. Il rapporto diventa meno increscioso se si considera che per sostituire un litro di gasolio servono solamente poco più di 4 litri di idrogeno liquido, che però si mantiene tale solo a temperature inferiori a circa -250°C, o in ingombranti apparecchiature che lo mantengano a pressioni elevate.

Anche qui il percorso è dunque in salita, ma la scienza non si tira indietro e si stanno cercando soluzioni intelligenti per raccogliere molto idrogeno in poco spazio, grazie soprattutto a materiali che possono funzionare un po’ come delle spugne in grado di rilasciare H2 quando serve e in maniera controllata. Esempi interessanti provenienti dalla ricerca chimica sono senz’altro i materiali nanostrutturati, come i famosi nanotubi di carbonio o i nanocristalli, e i cosiddetti MOF (dall’inglese Metal-Organic Frameworks), che possono essere immaginati come dei solidi estremamente porosi e sulla cui superficie interna si può accumulare del gas da rilasciare poi per riscaldamento. Le potenzialità di questi nuovi materiali paiono eccezionali se si pensa che per “estremamente porosi” s’intende che un grammo di MOF può presentare a un gas una superficie anche superiore a 3000 m2 su cui accumularsi, un po’ come se si potesse appallottolare mezzo campo da calcio fino alle dimensioni di un sassolino.

Come nel caso della fotosintesi artificiale, anche quello dello stoccaggio dell’idrogeno è un settore in cui la ricerca scientifica è ancora agli albori. Non mancano risultati promettenti che alimentano “una nuova speranza” in una futura rivoluzione energetica efficiente e pulita, ma al momento l’esaurimento dei combustibili fossili e, soprattutto, le conseguenze del loro smodato utilizzo per sopperire a una crescente domanda energetica costituiscono una “minaccia fantasma” che oggi più che mai avvertiamo aleggiare come una calviniana nuvola di smog sul futuro della nostra specie.

Da tal punto di vista siamo tutti sulla stessa barca, o meglio sulla stessa astronave, e auspicabilmente questo, più che una meschina consolazione, sarà l’energia che ci alimenterà nella ricerca di fonti energetiche e strategie alternative.


Per approfondire questi e altri temi legati all’approvvigionamento energetico consiglio la lettura di: Vincenzo Balzani – Nicola Armaroli, Energia per l’astronave Terra (seconda edizione), Zanichelli, Bologna (2011).

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2 pensieri riguardo “Guerre energetiche: il risveglio dell’idrogeno

    1. Grazie per il video, è un ottimo spunto perché coglie il problema in modo estremamente sintetico e apre un dibattito infinito su due punti di vista contrastanti: l’uso dell’idrogeno è attualmente inefficiente e svantaggioso dal punto di vista economico; per un’azienda ora investire su questo tipo di tecnologie senza svilupparle è improponibile. Attenzione però, da un punto di vista scientifico ed ecologico non è per niente stupido! A differenza di tutti gli altri combustibili a base idrocarburica, l’idrogeno non immetterebbe gas serra in atmosfera e microparticolati nelle città, che attualmente sono il problema principale contro cui si scontra il nostro intero paradigma energetico. Inoltre l’idea di immagazzinare energia in un vettore energetico in modo efficiente (per capirci sfruttando il ciclo: acqua + energia_1 -> idrogeno -> acqua + energia_2) può potenzialmente risolvere il grande svantaggio che oggi hanno le energie rinnovabili (che fornirebbero l’energia_1), cioè la loro forte natura intermittente.
      Purtroppo siamo lontani anni luce da un livello tecnologico tale da rendere davvero economicamente fattibile una prospettiva del genere, per questo capisco benissimo il buon Musk, e probabilmente parlerei anch’io così, se fossi un imprenditore brillante. Guardando al futuro con occhio da scienziato però dico che è presto per buttare via un’idea potenzialmente molto buona, e anche se sul breve periodo l’economia all’idrogeno resterà poco più che fantascienza, c’è sempre la speranza che qualche nuova scoperta ci faccia viaggiare nell’iperspazio e percorrere anni luce in tempi ragionevoli. Non è assolutamente realistico che succeda, ma come disse una volta un detective figlio della mente di Borges “se la realtà può sottrarsi dall’obbligo di essere interessante, non possono sottrarvisi le ipotesi”.

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