Oggi vi racconto l’ambito della ricerca di cui mi occupo e del perché è connessa a tematiche ambientali. A inizio 2021 mi sono trasferito nella bella Firenze, dopo la fine del dottorato a Padova. Oltre ad ammirare la città rinascimentale, mi occupo dello sviluppo di teorie e approcci computazionali per lo studio di celle a combustibile. Per stavolta, lascio un po’ in disparte cosa sono gli approcci computazionali e lo sviluppo di teorie (vi è andata bene XD), mentre vi parlo un po’ delle celle a combustibile.
Innanzitutto cos’è una cella o pila a combustibile? Si tratta di un dispositivo in grado di produrre energia elettrica sfruttando una reazione di ossido-riduzione, analogamente a quanto avviene nelle normali batterie. Infatti, durante una reazione di ossido-riduzione (anche detta reazione redox) vi è un flusso di elettroni dal riducente (la specie che libera elettroni) all’ossidante (la specie che accetta gli elettroni).
Storicamente, tra i combustibili più gettonati vi è la miscela idrogeno/ossigeno che produce come sottoprodotto unicamente acqua
2H_2+O_2\rightarrow2H_2O
Perché sono così importanti le celle a combustibile? Innanzitutto, la tecnologia è stata fondamentale per le missioni aerospaziali, ma questo è campo dell’ #AstroWednesday. Da un punto di vista ambientale, lo sviluppo di celle a combustibile può ridurre drasticamente la fame energetica del pianeta. Ma come? Serve un combustibile il cui ciclo di vita, cioè produzione, uso e smaltimento, non crei problemi ambientali. Ma esiste davvero un combustibile siffatto? Certo e in Veneto lo amano (ma diciamo anche in tutta Italia se non nel mondo!)! L’etanolo o alcol etilico.
A differenza dell’idrogeno, la cui produzione non è per nulla banale, l’etanolo può essere ottenuto a partire dalla biomassa per fermentazione. Inoltre il “principio attivo degli spritz padovani” non è tossico, in contrasto col fratello malvagio metanolo, e la sua combustione è CO2 neutrale, cioè non immette nuova anidride carbonica. La reazione di combustione completa dell’etanolo è la seguente:
CH_3CH_2OH+3O_2 \rightarrow 3H_2O+2CO_2
Ma come, produce anidride carbonica? Sì, ma allo stesso tempo è CO2 neutrale. La quantità di anidride carbonica prodotta infatti è la stessa che è stata assorbita dall’attività fotosintetica delle piante dalla cui biomassa si è ottenuto per fermentazione l’etanolo. Al contrario, la combustione dell’idrogeno è totalmente pulita (si produce soltanto acqua come sottoprodotto). Ma allo stato tecnologico attuale, la produzione di idrogeno ha numerose difficoltà tecniche, prime fra tutti la convenienza energetica. Ha poco senso infatti produrre idrogeno con una quantità di energia (spesso da fonti fossili) maggiore di quella liberata dalla combustione.
Ci sono un po’ di problemi da risolvere: innanzitutto il metallo che fa da catalizzatore. Gran parte delle celle a combustibile a etanolo usano platino e altri metalli preziosi per far avvenire la reazione in tempi ragionevoli. Questo ovviamente rappresenta un ostacolo economico laddove si voglia attuare la tecnologia su vasta scala. Si stanno studiando leghe meno costose, come quelle a base del più economico palladio. Inoltre, si ha difficoltà a far avvenire la reazione di combustione con rese accettabili.
Molta ricerca sul tema è stata fatta, ma davvero tanto ancora bisogna scoprire. Si tratta di una tecnologia che ha tutte le potenzialità di svezzare l’essere umano in modo definitivo dalle fonti fossili. Sinceramente, sono davvero felice di essere una virgola in una ricerca così importante.
Jonathan Campeggio
Bibliografia:
- Evans A. Monyoncho, Stephan N. Steinmann, Carine Michel, Elena A. Baranova, Tom K. Woo, and Philippe Sautet , ACS Catal. 2016, 6, 4894−4906
- T. S. Zhao, Y. S. Li, Front. Energy Power Eng. China 2010, 4(4): 443–458
