L’accrocchio a idrogeno

Di Ugo Bardi

orridoaccrocchio

Quest’orrido accrocchio è un giocattolo dotato di vari aggeggi, incluso una fotocellula, un idrolizzatore e – parrebbe – una micro-cella a combustibile. Si muove sul pavimento di una incerta e zombica locomozione e viene definito come “Molto più di un gadget e di un gioco educativo; questo futuristico modellino rappresenta infatti, in piccola scala, il funzionamento di quella che viene definita della fonte di energia del domani … l’idrogeno !” Il tutto al modico prezzo di Eur 69 (!!) venduto da una nota catena di marketing postale

Pochi giorni fa, mi ha telefonato un giornalista di una nota rivista scientifica nazionale chiedendomi di confermare la notizia che aveva avuto di una sensazionale “innovazione nel settore dell’idrogeno. ” L’innovazione consisteva nel miscelare idrogeno e metano nei metanodotti esistenti. Gli ho dovuto dire che di questa cosa ne avevo sentito parlare già almeno dieci anni fa, ancora prima che Rifkin uscisse con il suo libro. Gli ho anche dovuto dire che in dieci anni non mi risultano applicazioni rilevanti dell’idea che, in ogni caso, potrebbe servire solo per scopi molto particolari, ovvero dove uno ha dell’idrogeno del quale non sa proprio cosa farsene. E, comunque se ne potrebbe mettere solo una piccola frazione rispetto al metano. Rimane  poi il problema che se uno volesse fare una rete di distribuzione di idrogeno puro “alla Rifkin” dovrebbe cambiare tutto: tubi, valvole, pompe, eccetera, a costi veramente intergalattici. Dato che poi mi è capitata in mano anche la pubblicità dell’orrido accrocchio della macchinetta giocattolo a idrogeno ho pensato di riproporre un mio post del 2007 in cui raccontavo la mia storia di idrogenista pentito.


Confessioni di un idrogenista pentito

Di Ugo Bardi

Da www.aspoitalia.blogspot.com, Maggio 2007

Un bel po’ di anni fa (forse troppi) mi occupavo di idrogeno Era il 1980 quando arrivai a Berkeley, in California, a fare il post-doc al Lawrence Berkeley Laboratory. Era appena passata l’ultima fase della prima grande crisi del petrolio; il massimo valore storico dei prezzi era stato nel 1979. In America, era tutto un fiorire di progetti di ricerca, di nuovi centri e istituti, tutti dedicati alle energie alternative.

A Berkeley, lavorai per più di due anni sulle pile a combustibile; la tecnologia che doveva servire a trasformare l’idrogeno in energia elettrica e che era – ed è – essenziale per il concetto di “economia basata sull’idrogeno” (Rifkin non ha inventato nulla, erano cose già ben note allora). Era un lavoro interessante, anche affascinante, ma molto difficile. Finito il mio contratto, cominciai a cercare lavoro. Ma, come mi è capitato spesso nella vita, mi trovavo in controfase con il resto del mondo.

Nel 1982, i prezzi del petrolio si erano già molto abbassati. L’interesse sulle energie alternative era calato e – con la lungimiranza tipica degli esseri umani – si cominciava già a pensare di chiudere i centri di ricerca messi su negli anni ’70. C’era poco spazio, di conseguenza, per un esperto in pile a combustibile. Il meglio che riuscii a trovare fu un’offerta per lavorare in un centro di ricerca nel Montana. Non mi attirava molto e alla fine decisi di tornare in Italia. Provai a continuare a lavorare sulle pile a combustibile, ma da noi non glie ne importava niente a nessuno, nemo propheta in patria sua. Così dopo qualche anno mi dedicai ad altre cose.

Mi ricordo che quando ero ancora in America ero venuto a sapere che a Vancouver, in Canada, c’era un certo Geoffrey Ballard che aveva messo su un piccolo istituto di ricerca per studiare le pile a combustibile. Pensai vagamente di mandargli un curriculum, ma poi me ne scordai. La ditta di Ballard, a quel tempo, era poco più di un garage con qualche entusiasta dentro intento a saldare fili e a far bollire strane soluzioni. Ma Ballard era destinato a grandi cose. Più o meno al tempo in cui io me ne andavo da Berkeley, Ballard sviluppava un tipo di pila a combustibile completamente nuovo, la “PEMFC” o “PEFC” (polymer electrolyte membrane fuel cell) o semplicemente PEM, una cosa che rivoluzionò il campo. La PEM usava un polimero solido come elettrolita, cosa che la rendeva più efficiente dei vecchi tipi che, invece, usavano un elettrolita liquido. Fece un rumore incredibile; rese possibile il primo autobus a pile a combustibile (1993) e tanto per dirne una, Ballard fu nominato “Eroe del Pianeta” nel 1999 dalla rivista “Time.”

Non per dire male di Ballard, che mi risulta essere una bravissima persona, ma forse chiamarlo “eroe del pianeta” è stata una cosa un po’ esagerata. A parte questo, tuttavia, negli anni ’90 mi è venuto diverse volte da pensare (con una certa rabbia) che se nel 1982 avessi mandato quel curriculum forse avrei potuto essere uno degli sviluppatori di quello che – all’epoca – sembrava la rivoluzione del secolo: la pila a combustibile a membrana polimerica, il congegno che avrebbe reso possibile l’economia basata sull’idrogeno. Avrei fatto anche un po’ di quattrini!

Quando cominciò l’ “uragano Rifkin”, nel 2002, mi trovavo a essere uno dei pochi in Italia che avevano veramente esperienza pratica sui concetti tecnici dell’economia basata sull’idrogeno. Mi invitavano alle conferenze a parlarne. Per un certo periodo ne ho parlato anche bene, pur senza grande entusiasmo. Oggi, dopo averci ripensato sopra, credo che dedicare la mia vita all’idrogeno e alle pile a combustibile non sarebbe stata una grande idea. Anzi, credo che sarebbe stata pessima. Non sono il solo a pensarla così; ho conosciuto diverse persone che hanno dedicato anni di vita alle pile a combustibile e all’idrogeno ma che poi hanno abbandonato il campo, delusi. Siamo gli “idrogenisti pentiti”, persone che hanno lavorato, e magari anche creduto, nella promessa dell’idrogeno ma che poi si sono resi conto che – se magari non la possiamo proprio definire una bufala – è una cosa talmente difficile e lontana nel tempo che non ha nessuna rilevanza per la soluzione dei problemi attuali.

Ci sono moltissimi problemi con il concetto di “economia basata sull’idrogeno” ma uno dei principali è la conversione dell’idrogeno in energia utile – ovvero energia elettrica. Farlo con un motore termico è possibile, ma l’efficienza è terribilmente bassa. Quindi il concetto ruota molto intorno alla possibilità di usare pile a combustibile che promettono efficienze molto maggiori. Ma le cose non sono facili. Gia nel 1980, a Berkeley, ci rendevamo conto di qual’era il problema principale delle pile a combustibile: il catalizzatore. La reazione fra idrogeno e ossigeno, di per se, è lenta a temperature relativamente basse. La pila funziona soltanto se gli elettrodi contengono platino, sulla cui superficie la reazione avviene molto più rapidamente. Il platino è un metallo raro e costoso e i due anni e più che ho passato al Lawrence Berkeley Lab sono stati dedicati a cercare di mettere meno platino, o qualcosa al posto del platino, sugli elettrodi della pila. Non ero solo io a lavorarci, era tutto un gruppo di ricerca, uno dei molti impegnati sull’argomento.

A quel tempo, non andava di moda il termine “nanotecnologia”, ma eravamo perfettamente in grado di fare delle particelle nanometriche di platino. Più erano piccole le particelle, maggiore era la superficie e di conseguenza ci voleva una massa minore. Ahimé, uno dei problemi delle nanoparticelle è che quanto più le fai piccole tanto più sono attive. Si muovono, reagiscono fra di loro a formare particelle più grandi e, alla fine, il tuo elettrodo non funziona più. Ne abbiamo provate di tutte per stabilizzarle: una delle cose su cui ho lavorato di più è stato sulle leghe di platino. Sembrava una buona idea – funzionava bene per un po’ – salvo poi de-allegarsi e dover buttar via tutto. Niente da fare – platino era e platino rimaneva.

Oggi, dopo un buon quarto di secolo di lavoro di molta gente, siamo davanti allo stesso problema. Le PEM hanno ancora bisogno di platino e una PEM dell’ultima generazione richiede qualcosa come 1000 dollari al kW di solo platino; una vettura a pile a combustibile dovrebbe contenere platino per un costo superiore alla vettura stessa! Al che si aggiunge il fatto che la membrana costa un sacco di soldi, che il platino si avvelena facilmente, che gli elettrodi si rovinano per tante ragioni, e tanti altri problemi. La PEM è ancora ben lontana da essere in grado di salvare il pianeta per opera dell’eroico Geoffrey Ballard.

Ma il problema non è solo nei costi; è proprio nella quantità di platino. Non c’è abbastanza platino su questo pianeta per costruire pile PEM in numero sufficiente a rimpiazzare gli attuali veicoli su strada e a realizzare l’idea dell’ “economia basata sull’idrogeno”. Era una cosa che sapevamo già nel 1980 e che non è molto cambiata da allora. Certo, ci si può lavorare sopra, ma non è facile. Quando mi metto oggi a dare un’occhiata allo stato della ricerca nelle PEM vedo con un certo stupore che ancora la gente lavora sulle stesse cose su cui lavoravamo a Berkeley negli anni ’80, apparentemente con non molto maggiore successo. Uno degli ultimi “nuovi sviluppi” è stato, indovinate un po’, usare leghe di platino! Proprio la cosa che facevo io. Magari queste leghe funzioneranno meglio delle nostre, magari questi qui (di Brookhaven) sono più bravi di come eravamo noi al Lawrence Berkeley Lab; chi lo sa? Ma mi sembra che stiamo girando in cerchio senza arrivare da nessuna parte.

C’è chi ha detto di aver trovato buoni catalizzatori nanostrutturati non basati sul platino. Saranno abbastanza stabili sul lungo periodo? Può darsi, mi permetto però di essere un tantino scettico. Si riuscirà mai a produrre una pila a combustibile che usa poco (o per niente) platino e che si vende a un prezzo ragionevole? Non è impossibile, ma sembra molto difficile. Sono ormai più di trent’anni che si parla di pile a combustibile “moderne” ma ancora ci sono soltanto prototipi. Se ce ne sono in vendita o sono giocattoli dimostrativi oppure sono a prezzi tali che li possono comprare solo istituti di ricerca.

Venticinque anni fa, quando lavoravo alle pile a combustibile, sapevamo che il petrolio era ancora abbondante e che la crisi era passeggera. Potevamo permetterci di pensare che avevamo tempo, che prima o poi saremmo riusciti a far funzionare le pile; che avremmo ottenuto quel “breakthrough” necessario. Non sono bastati 25 anni; adesso il picco del petrolio sta arrivando e forse è già arrivato. Quasi certamente, non abbiamo altri 25 anni per cercare il miracolo in una tecnologia che – per ora – rimane inutilizzabile in pratica. Continuiamo pure a lavorarci sopra, ma non contiamo su qualche eroe tecnologico che verrà a liberarci dal petrolio all’ultimo momento con qualche super-PEM. La liberazione dal petrolio verrà da tecnologie più semplici e già collaudate: le buone vecchie batterie che stanno vivendo una nuova vita con l’ultima generazione di batterie al litio. In fondo, non c’è bisogno di grandi rivoluzioni tecnologiche per cambiare -più che altro bisogna volerlo veramente.

11 comments ↓

#1 Luigi ruffini on 11.29.09 at 20:26

Grande prof. Bardi!

Ho visto uno di quei “giocattoli” a Zeroemission Rome nel 2005. Francamente mettono un certo sconforto.
Ma le pile a combustibile sono l’unico sistema ad idrogeno o ce ne sono altri per la locomozione?
Quei famosi prototipi della FIAT che stanno dentro un magazzino a marcire sono una leggenda stile Roswell (che peraltro è stata chiarita da parecchio) oppure c’é qualcosa di vero?

#2 stefano on 11.29.09 at 21:05

Beh, però il cappellino con ventilatore integrato alimentato con pannellino fotovoltaico, che vendevano sulla stessa rivista… quello sì che era geniale 🙂

#3 Gianni Comoretto on 11.29.09 at 23:45

Il prototipo della Fiat l’ho visto alla prima edizione di “Terra Futura”, corredato di ingegnere che ho tempestato di domande. Prima domanda, il costo, pari ad un miliardo di vecchie lire. Considerato che era sostanzialmente una “Panda” modificata, la maggior parte di quel costo era nel platino delle celle, che occupavano grossomodo il volume del vecchio motore.

#4 giotisi on 11.30.09 at 10:41

Francamente, leggendo il post, mi è venuto il magone.
A 25 anni di distanza, ancora si ritiene che ‘uno dei principali (problemi) sia la conversione in energia utile’?
Trascuriamo i problemi di trasporto e stoccaggio?
Trascuriamo la pericolosità dell’idrogeno?
E, soprattutto, trascuriamo che l’idrogeno NON si trova in natura e va quindi prodotto con processi altamente energivori?
…volendo metterla in battuta, credo proprio si possa parafrasare Johnny Stecchino: ‘il principale problema di Palemmo è il traffico’
Però, meditate gente: la Politica Energetica Nazionale che abbiamo, è anche figlia di quelle follie: figlia dei Grillo che annusavano aria pura emessa dai Ducato FIAT in TV e convincevano la gente che non era necessario cambiare nulla, bastava mazzuolare un po’ le lobbies petrol-automobilistiche.

#5 Booksworm on 11.30.09 at 13:04

L’immagine mi ha subito fatto venire in mente la raccolta del museo di Oak Ridge, sui “giocattoli atomici” degli anni 50 we 60. (chissa’ se anche in URSS ve ne erano ?)
http://www.orau.org/ptp/collection/atomictoys/atomictoys.htm

Il tutto per dire che per avvicinare ragazzi e ragazze al metodo scientifico ed alle esperienze, piu’ che utilizzare scatole “a la” Piccolo chimico, E’ forse + conveniente usare sistemi virtuali software, e filmati multimediali dove mostrare esperimenti “riusciti ” in tutta sicurezza.
Per non dire poi che youtube e le reti P2P sono piene di filmati di “esperimenti” fatti in casa con esplosioni di sali potassio e magnesio od addirittura Rubidio (con vasca da bagno squarciata -ma questa era trasmissione TV).

… ai figli e nipotini vari evitate i piccoli chimici e gli allegri chirurghi… e’ sufficiente che i piccoli sappiano che “potete dare risposte” (ed anche il “non so , lo cerchiamo insieme” e’ il miglior approcio alla scienza).

… auguri di un anno migliore
BW

#6 vac on 11.30.09 at 14:27

Ma anche se si arrivasse ad una “pila” stabile ed economica…. Chi lo produce e chi lo trasporta!?

E’ difficile fare “il pieno” di metano figuriamoci l’idrogeno!!

#7 Giancarlo on 12.04.09 at 13:52

Gentile Prof. Bardi, Ugo,
francamente non capisco perché un sito che si occupa seriamente di risorse ed energia continui a prendere esempi irrilevanti, come un giocattolo dimostrativo, per tentare di dimostrare che l’uso dell’idrogeno è un errore.

Davvero credi (e credete) che gestiremo l’energia rinnovabile caricando auto ed altri sistemi a batterie ioni di litio? O forse sarà più conveniente portare l’energia in eccesso dove si trovano gli elettrolizzatori per avere un combustibile rinnovabile, pulito su tutto il ciclo e ad alta efficienza nell’uso finale?

Quanto costa e quanto dura una batteria Li-ioni di un cellulare o di una videocamera? Per quale motivo la Toyota, che di auto ibride se ne intende, dichiara di NON CREDERE alle plug-in e a batteria (con l’eccezione di usi molto limitati): un riferimento:
http://www.h2carblog.com/?p=577

Con questo, al contrario della posizione presa da ASPO, non escludo né sono contrario alle auto elettriche mosse da batterie, semplicemente per realismo (tecnico ed economico) ritengo che, domani, il veicolo più simile all’auto, come la conosciamo oggi, sarà a celle a combustibile, non perché l’idrogeno sia il combustibile perfetto, ma poiché il suo USO permette altri servizi di mobilità, compatibili con efficienza d’uso e rispetto dell’ambiente, anche in vista della diminuzione delle fonti fossili cui assisteremo nei prossimi anni.

La visione termodinamica di ASPO e di Ulf Bossel (discendente, tra l’altro dello scopritore dell’effetto fuel cell: Christian Friedrich Schoenbein) che il passaggio fare idrogeno ed usarlo aggiunge inefficienza al ciclo energetico è incompleta.

Seguendo questa logica dovremmo andare con auto, bici e barche solari! Il paragone effettuato, ad esempio nell’articolo di De Carlo “L’idrogeno: il peggior (!) nemico delle rinnovabili”, tra auto convenzionale, a batteria e a fuel cell non include la realtà tecnica ed economica della fabbricazione, uso e smaltimento delle batterie. Nessuna casa automobilistica produrrà un auto in cui il costo delle batterie è superiore a quello del veicolo. I consumatori non compreranno facilmente un’auto inutile per andare fuori città e tornare in giornata. Non ritengo possibile la creazione di stazioni di sostituzione del rack di batterie scariche per poter ripartite subito quando queste sono scariche. Mi auguro che delle piccole auto elettriche per la città arrivino presto in commercio liberandoci dall’inquinamento locale e che la ricarica veloce funzioni. Tuttavia, ritengo che per l’inquinamento locale sia risolto più efficacemente con GPL e metano.

Altri riferimenti del 30 novembre:
– Slide 13 di http://www.hydrogenlink.net/download/pictures/h2cop15/1_daimler-fuelcell-vehicles-copenhagen.pdf pur derivata dal Concawe 2004 (ora i valori saranno più favorevoli ai FCV);
– Slide 6 di http://www.hydrogenlink.net/download/pictures/h2cop15/1_daimler-fuelcell-vehicles-copenhagen.pdf
– Slide 12: 2,8 litri diesel equivalenti per 100 km (ICE 6,4)
– Slide 4 di http://www.hydrogenlink.net/download/pictures/h2cop15/3_toyota-fuelcell-vehicles-copenhagen.pdf

Cordiali saluti

Giancarlo

#8 Paolo C. on 12.09.09 at 12:10

GERMANIA: BMW SOSPENDE SPERIMENTAZIONE MOTORI A IDROGENO
(ANSA) – BERLINO, 8 DIC – La Bmw ha annunciato a sorpresa la fine della sperimentazione su strada, per ora, delle sue auto a idrogeno. La fabbrica di automobili tedesca, che aveva attrezzato con motori a idrogeno una serie di vetture della classe ammiraglia, la Sette, tra i motivi indicati per la quasi rinuncia alla sperimentazione con l’idrogeno al posto della benzina in atto da decenni ha parlato di dubbi sulla effettiva capacita’ di recuperare a lungo termine gli investimenti necessari. E cosi’, mentre a Copenaghen le 50 Mercedes del servizio di accompagnamento dei partecipanti alla Conferenza internazionale sul clima sono azionate da celle a combustibile, alimentate a idrogeno, la Bmw quasi rinuncia all’idrogeno (la ricerca va avanti per ora solo sui serbatoi) e l’annuncio viene accolto con favore dall’organizzazione ambientalista Greenpeace. ”Una decisione giusta – ha fatto sapere l’esperto di Greenpeace, Wolfgang Lohbeck – finalmente una grande impresa automobilistica capisce che la mobilita’ di massa per il futuro non potra’ dipendere dall’idrogeno, e la smette di investire somme enormi in una ricerca dai risultati molto incerti”. La Daimler, produttrice delle Mercedes con le pile a combustibile, va invece avanti. A differenza dele Bmw, dove il motore a 12 cilindri e’ alimentato con idrogeno (per cui dal tubo di scarico non escono gas inquinanti ma solo vapore acqueo), le auto a pile a combustibile sono in realta’ auto elettriche, dove la corrente necessaria e’ prodotta dalle pile alimentate a idrogeno. Attualmente queste auto sono in grado di arrivare fino a 400 km di distanza con un pieno di idrogeno. Il vero problema e’ pero’ l’infrastruttura: in Germania al momento ci sono solo 30 colonnine di rifornimento per l’idrogeno, che per restare allo stato liquido deve essere raffreddato a 253 gradi sotto zero, con tutti i problemi connessi. Una pila a combustibile (detta anche cella a combustibile dal nome inglese fuel cell) e’ un dispositivo elettrochimico che permette di ottenere elettricita’ direttamente da certe sostanze, tipicamente da idrogeno ed ossigeno, senza che avvenga alcun processo di combustione termica.

#9 L’occhio di Romolo » Per Copenhagen 04 Accrocchio a chi? on 12.14.09 at 13:25

[…] In risposta al post Nuove tecnologie energetiche L’Accrocchio a idrogeno. […]

#10 gio on 12.16.09 at 01:50

@7
Puo’ essere che nessuna casa automobilistica accetti di montare batterie che costano piu’ del veicolo, ma dubito assai che qualche utente accetti di salire mai su un veicolo con un serbatoio di idrogeno (criogenico o ad assorbimento poco cambia in caso di incidente).
E finchè non cambi la fisica, la forma piu’ decente di trasportare l’idrogeno ‘in massa’ (e non sullo shuttle) è di legarlo a quache atomo che lo renda meno reattivo; in questo senso la natura ci indica il carbonio: prova a far di meglio, se ci riesci.

#11 NICOLA SPANO' on 03.26.10 at 19:33

Credo che uno sperimentatore o ricercatore qualsiasi mai si debba lamentare del fatto che una attività di ricerca non conduca al risultato voluto anche dopo 20, 30, 50 anni. Io sto studiando da parecchio tempo i sistemi Al/aria e mi diverto come un bambino quando faccio girare il motorino da 1Volt e 200mA ma non credo che rivoluzionerò il mondo. Il prof. Bardi dice che il problema fondamentale delle celle a combustibile è il catalizzatore di platino. Il prof. non dice però che all’inizio le fuel cell avevano bisogno di DUE GAS idrogeno ed ossigeno. Oggi invece grazie alle PEM ne usiamo uno solo e ,possiamo produrlo in loco con un sistema fotovoltaico. Non mi sembra un passo da poco. E’ chiaro però che ora come ora non è possibile andare tutti ad idrogeno anche per il motivo economico dovuto al costo ed alla scarsa disponibilità di platino. Però il problema del combustibile idrogeno non c’è. Lo possiamo produrre in tutti i modi , in tutti i mari, in tutti i laghi. Tuttavia se potesse il riciclo dopo l’uso delle fuel cell ripristinare il platino potrebbe crearsi un giro green virtuoso. Questa possibilità non possiamo escluderla. Io credo in un trasporto completamente elettrico in parte con le batterie al litio ricaricabili ed in parte con l’idrogeno. Non possiamo neanche tralasciare il fotovoltaico diretto per le automobili con i nuovi sistemi a colorante meno costosi ,a regime, del silicio policristallino. Certamente il problema della criogenia del serbatoio dell’idrogeno è abbastanza complesso pertanto credo che si userà un metallo adsorbente per trattenere volumi relativamente grandi di idrogeno gassoso al posto di idrogeno liquido.Le fuel cell non si fermeranno anche per un motivo molto semplice, ne esistono svariati tipi: a metanolo diretto, ad etanolo diretto, ad ossidi solidi, a carbonati fusi e tutti questi non hanno bisogno del platino, anzi per alcuni come quelli ad etanolo si parla di platino sintetico che è una lega di ferro-cobalto e nichel. Nella ricerca mai bisogna buttare la spugna, dopo la notte viene il giorno.