Fonti di Energia e mobilità

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Una mobilità con il vento e con il Sole? Idrogeno o batterie?

Premessa su energia e mobilità. L' uomo, dopo aver usato, per millenni, la propria forza e quella degli animali per compiere i lavori e per spostarsi, e dopo aver utilizzato per gli stessi scopi, la forza del vento e quella dell' acqua in cascata, ha avuto l' idea, da qualche centinaio di anni, su come utilizzare il calore per compiere un lavoro.
Lo ha fatto, prima, producendo (col calore dei combustibili), il vapore che, spingendo un pistone, all'interno di un cilindro, realizzava un movimento meccanico. L'idea successiva fu quella di bruciare direttamente il combustibile all'interno del cilindro, per ottenere un gas di combustione, capace di spingere il pistone. Fu la grande innovazione per la mobilità in generale e per quella individuale diffusa.
Ad oggi non abbiamo trovato altre soluzioni per generare movimento dal calore ottenuto dai combustibili fossili (se non con le turbine delle centrali termoelettriche). Dell' energia contenuta (100%), inizialmente, nel combustibile, solo il 30%-40% viene trasformata in energia utile, il resto viene dispersa come calore.
In questa trasformazione, purtroppo, si genera un gas di combustione, l'anidride carbonica, che i cicli naturali non riescono più ad assorbire del tutto. Ma si generano anche altri gas nocivi alla salute.
Avremmo dovuto inventare sistemi capaci di utilizzare gran parte dell'energia contenuta nei combustibili, per avere una maggior resa, ma, anche in questo modo, non avremmo risolto il problema delle emissioni.
C'è, però, un combustibile che fornisce energia senza emettere anidride carbonica, sia che venga combusto (in un motore termico) sia che venga inviato in una cella reattiva, di recente invenzione. È la cella a combustibile, qui l'idrogeno gassoso, immesso nella cella, genera energia elettrica! Energia che può essere usata per far girare un motore elettrico, capace di mettere in movimento un mezzo di trasporto.
La mobilità in elettrico non è una novità assoluta, ci si provò già molti anni fa con autovetture a motore elettrico messo in funzione con una batteria.
Su questi argomenti ho cercato di fare qualche mia considerazione con post, commenti e risposte su Facebook.

L'idrogeno allo stato molecolare H2 è piuttosto scarso. Per ottenerlo si può ricorre a crack di combustibili fossili o all'elettrolisi dell' acqua. Insomma dobbiamo ottenere un combustibile, come fosse la benzina, con legami atomici energetici. Per creare questo legame H-H (dissociando l'idrogeno dall'ossigeno dell' acqua H-O-H) occorre energia. La si può fornire con l'elettrolisi, quindi utilizzando l' energia elettrica. Dovendo produrre idrogeno in grandi quantità (per soddisfare alla eventuale richiesta di milioni di automobili) occorre vedere da dove prendiamo tutta questa energia elettrica. Dai pannelli fotovoltaici? Dall' eolico?

Piccola nota!. Oggi usiamo i combustibili fossili che la natura ha generato (con l'energia del Sole) in milioni di anni, e da milioni di anni e li potremmo esaurire nel corso di alcuni decenni.
Come si pensa di fare fronte a questa immensa quantità di energia, per generare artificialmente idrogeno? E con quale fonte primaria di energia? Lo si potrebbe fare, forse, con le grandi quantità di energia elettrica prodotta con il termonucleare. Poi occorre energia per comprimere l'idrogeno, stoccarlo e distribuirlo. Tutto questo per poi mandarlo, dal serbatoio della macchina, a una cella a combustibile che lo "converte" (di nuovo) in energia elettrica, per fare girare il motore (elettrico). È un giro vizioso: si parte da energia elettrica, la si usa per ottenere un gas, per, poi, prendere il gas e ritrasformarlo in energia elettrica. Un controsenso!
Ora, che ci piaccia o no, sono state realizzate batterie capaci di immagazzinare quantità di energia elettrica notevoli, tali da permettere la percorrenza di alcune centinaia di km. Le batterie si ricaricano con energia elettrica e "restituiscono" energia elettrica, pronta per essere utilizzata nel motore (elettrico). Questi passaggi comportano una perdita relativamente contenuta di energia (nel bilancio totale). Certo occorre trovare anche in questo caso una fonte primaria, ma, almeno, non facciamo circoli viziosi, con notevoli perdite energetiche intermedie. Per la distribuzione dell' energia elettrica in colonnine, non servono tubi o serbatoi di accumulo. E se ne possono mettere ovunque. Dipende dalle nostre scelte. Scelte che avremmo dovuto già fare, ma che potremmo ancora fare. Altrimenti dobbiamo rimetterci, in modo quasi impositivo, a quello che gli altri (Cina) stanno facendo. Con buona pace per le nostre imprese automobilistiche.
Se, in qualche raro caso, si sta utilizzando idrogeno negli autobus cittadini, lo si fa unicamente per ridurre l'inquinamento (o darne l'apparenza), ma sobbarcandosi costi notevoli, che ricadono sui cittadini. Sono scelte. Oggi vedo circolare autobus di città elettrici!
La cella a combustibile è un'ottima invenzione. In alcuni contesti può essere utilizzata, anche in una vettura ibrida elettrico (batteria)-idrogeno (cella a combustibile).
Per la mobilità colletiva sono stati prodotti ed entrati in funzione Treni ad idrogeno, da utilizzare in tratte ferroviarie non elettrificate. Ma questo, penso, rappresenti un vantaggio solo per non spendere ingenti somme per l'elettrificazione della tratta stessa. Diversamente vale quello che ho già detto per gli autobus di città.

L'automobile che va ad acqua
La condizione chimica dell' acqua H2O (H-O-H) si trova ad un livello di energia di legame basso, come l'anidride carbonica CO2. Quindi non è l'acqua in sé che può essere utilizzata come combustibile. È certo però che l'acqua è formata da idrogeno, la cui molecola H2 ha un legame energetico che si può sfruttare come combustibile in sé o in cella di combustibile per produrre direttamente energia elettrica.
Il problema qual è? Per staccare l'idrogeno dall' ossigeno nella molecola dell'acqua (elettrolisi) occorre energia. Energia che deve venire dall'esterno e che viene immagazzinata nel legame tra i due atomi di idrogeno H2 a seguito dell elettrolisi. Insomma occorre sempre una fonte di energia. Ora l'energia per elettrolisi potremmo produrla con un pannello fotovoltaico. Se la preleviamo da una presa elettrica, probabilmente, a monte, si stanno bruciando combustibili fossili. A quel punto senza tanti passaggi usiamo direttamente il combustibile fossile nel motore termico! Comunque queste cose (elettrolisi dell'acqua per ricavare idrogeno molecolare) sono già conosciute da tempo (almeno 1800). Ma in un sistema in movimento, tipo l'automobile, come facciamo a fare questa elettrolisi? Mettiamo un pannello fotovoltaico sul tetto della macchina? Ma se possiamo ricavare energia elettrica in questo modo (pannello) la potremmo inviare al motore elettrico di trazione della macchina, senza bisogno di altri passaggi. Evidentemente non è una cosa conveniente. Converrebbe mettere nel serbatoio direttamente l'idrogeno molecolare. NON è quindi un motore ad ACQUA, ma a IDROGENO.
L'ossigeno in genere è l'accettore finale. Quando bruciamo gli idrocarburi, il legame ricco di energia è quello tra carbonio ed idrogeno C-H (e quello tra atomi di carbonio C-C) in una catena carboniosa (l'idrocarburo appunto, benzina, gasolio). Nella reazione chimica che si innesca nel motore termico, si rompe questo legame, e in presenza di ossigeno, si crea anidride carbonica CO2 ed acqua H2O, che sono, appunto, molecole a più basso contenuto energetico. L' ossigeno è l' ultimo accettore per la sua natura chimica, e per la sua presenza e per la forma gassosa che lo rende ubiquitario.
L'acqua non è un prodotto energetico, come lo è, ad esempio, il metano, la benzina. Come detto, lo potrebbe essere l'idrogeno (che compone l'acqua), ma per ottenere quello molecolare H-H, H2, diciamo, "energetico", occorre fornire energia. Lo si fa, appunto, con l'elettrolisi su acqua dissalata, utilizzando energia elettrica. Energia che dovrà essere prodotta da qualche altra parte (fotovoltaico, eolico, ma il più delle volte termoelettrico, e dove la fanno, termonucleare).

Se ci fosse tanta energia nell'acqua, come mai continuiamo a mangiare pasta e fagioli. Con tre o quattro bicchieri potremmo viverci per l'intera giornata. Forse la natura stava aspettando proprio questi ingegneri per realizzare l'automobile ad acqua!
Ma tutto è possibile, come nei miracoli. Chi avrebbe mai pensato che rompendo un atomo avremmo ricavato una considerevole quantità di energia? Ma, già, quella non la vogliamo.

Elettrolisi dell'aria?

Mi sono imbattuto in un commento ad un post in cui, pare, che ci siano stati studi accademici per fare l'elettrolisi dell'aria!
L'aria è una miscela di gas, formata quasi all' 80% di azoto, quasi il 20% di ossigeno (gas non combustibili). Ed in piccola percentuale altri gas. E certo c'è anche del vapore di acqua. Vogliono fare l'elettrolisi di questo vapore di acqua? Allora si dice che vogliono fare l'elettrolisi del vapore di acqua e non dell' aria. Naturalmente per ottenere idrogeno, che è il tema in argomento del post. Ma per questo vale quanto già detto per l'elettrolisi dell' acqua. Non so quale attendibilità dare a queste notizie, ammesso che vengano da fonti certe! Con tutta l'acqua disponibile sulla Terra, dovremmo servirci di quella gassosa del cielo? E chissà con quali artificiosi procedimenti!

L'automobile a idrogeno purifica l'aria?
C'è qualche post che, tra i vantaggi dell'auto ad idrogeno, cita anche quello della purificazione dell'aria, mostrando automobili che rilasciano acqua. L'idrogeno, effettivamente, anche se viene combusto in un motore termico rilascia acqua. Nella combustione ad alta temperatura però, come per tutti i motori termici, si formano anche ossidi di azoto, che rientrano tra gli inquinanti dell'aria.
Se l'idrogeno viene mandato in una cella a combustibile, per produrre energia elettrica, gli ossidi da combustione, chiaramente non si generano. Quello che si genera è solo acqua.
In entrambi i casi, combustione o cella a combustibile, il prodotto finale è l'acqua. Ma non c'è alcuna purificazione dell'aria. Semmai un abbattimento degli inquinanti, soprattutto nelle città, avviene quando piove e/o ci sono correnti che rimescolano l'aria nei bassi strati. Ora nei due casi citati, l'Idrogeno viene messo in contatto con l'Ossigeno (dell'aria). Quindi, come tutti i combustibili, sottrae ossigeno dell'aria. Dove sta questa purificazione dell'aria?

Enormi giacimenti di idrogeno?
Giacimenti di idrogeno? Se fosse così la cosa cambia. Il combustibile lo avremmo già bello e pronto da usare. Un po' come il metano, con la differenza che l'idrogeno, per sua natura, non emettere CO2, non avendo componenti organiche e derivando, nel caso, da processi chimici inorganici del sottosuolo (come mi pare di capire dal post). Tutto sta a vedere se questi GIACIMENTI ESISTONO, sono effettivamente CONSISTENTI e sono SFRUTTABILI, allo stato in cui si trovano! Quindi in un prossimo futuro potremmo sostituire le batterie nelle automobili elettriche e mettere una cella a combustibile, mantenendo intatto tutto il sistema di propulsione (motore elettrico ed annessi). Viva l' auto elettrica insomma. Peccato non averlo scoperto prima (pur avendo trivellato tutta la Terra alla ricerca di combustibili fossili), ci saremmo risparmiati miliardi di tonnellate di CO2 immessi in atmosfera!

Enormi produzioni di idrogeno con il fotovoltaico? Produrre idrogeno per l'elettrolisi nei paesi dove maggiore è l'irragiamento solare (1), con panneli fotovoltaici. L'idrogeno, in questa forma chimica molecolare H2, verrebbe usato come un "accumulatore" (tipo batteria) di energia (chimica), ma anche come vettore, per trasportare o inviare l'energia dove si vuole. E visto che teniamo disponibile l'idrogeno in questa forma (gas compresso), ci si potrebbero rifornire i punti di distribuzione, riempinci le bombole-serbatoio di un autoveicolo. Mandare, quindi l'idrogeno in una cella a combustibile, per riottenere energia elettrica necessaria alla trazione. Nonostante la fonte energetica (fotovoltaico) produce, "diciamo", a costo zero, nelle trasformazioni successive (prima per la conversione in idrogeno e poi di nuovo in energia elettrica), si disperderebbe parecchia dell'energia iniziale Non so, a livello globale, quanto idorgeno si possa e si debba produrre per mettere in trazione, soprattutto, mezzi pesanti. Non escluso, infatti, che su questi mezzi, viste le dimensioni, un sistema ibrido, celle a combustibile - batterie, possa andare bene. Però, come ho detto, occorre fare bene i conti, perché se le produzioni non sono adeguate alle richieste, è inutile imbarcarsi in costosi sistemi di produzione e di distribuzione. Senza contare gli aspetti geopolitici.
Si può ipotizzare di immagazzinarci (nell'idrogeno) anche il surplus di energia elettrica proveniente dalle centrali termoelettriche e termonucleari. Questa energia, oggi, comunque, la si recupera con centrali idroelettiche (tampone) a pompaggio.

L'automobile ibrida o quasi
La macchina ibrida è un compromesso che serve esclusivamente per l'uso nelle città, dove sono imposte limitazioni. Produrre con un motore termico (con le perdite di rendimento che sappiamo, almeno 60%) energia meccanica da trasformare in energia elettrica che, poi, va riconvertita in movimento, è un'assurdità. Finché c'è la combustione, c'è inquinamento. Sono soluzioni che vanno bene in alcuni casi, ma non estensibili alla generalità delle autovetture. Naturalmente le case produttrici fanno i loro interessi e, se il mercato tira, le producono.
Se poi si intende miscelare idrogeno con combustibili tradizionali (come mi pare di capire in qualche post) da inviare ad un motore termico, continueremo ad inquinare. E questo indipendentemente dal maggior rendimento.

L'illusione
Ma chi riesce a convincere i patiti del rombo, se l'automobile che stanno guidando non emette il ruggito? A quanto pare le industrie hanno ben saputo interpretare l'aspetto psicologico. Insomma l'automobile non è stata mai esclusivamente un mezzo di trasporto e basta. Questa è anche la ragione che impegna le case costruttrici a realizzare auto elettriche di fascia superiore e che costano anche notevolmente. Se si fossero limitate alla costruzione di una semplice utilitaria elettrica, visti gli innumerevoli denigratori, patiti del termico e del rombo, veramente che l' auto elettrica era già sepolta, prima di nascere.

I Biocombustibili o biocarburanti (biodiesel, biometano, alcool) sono idrocarburi, al pari dei combustibili fossili. Quando vengono combusti generano anidride carbonica, ed altri gas nocivi (da combustione). Il fatto che possano essere prodotti naturalmente e non estratti, non significa che sono ecologici. Ecologica sarà la produzione ma non il loro uso in un motore termico. Tra metano estratto e biometano non c'è alcuna differenza dal punto di vista chimico. Entrambi contengono carbonio e, bruciati, producono anidride carbonica. Di ecologico il biometano ha solo la produzione, che avviene da processi fermentativi su rifiuti zootecnici ed organici urbani. Altra cosa è, invece, (sempre dal punto di vista ecologico) che, in conseguenza, questi rifiuti non vengono sversati nell'ambiente. Ma questo non c'entra nulla con l'inquinamento da combustione in un motore termico.

Annotazioni su produzione e utilizzazione dell'Energia Elettrica:
L'elettricità è la forma di energia più versatile. Può essere trasformata facilmente nelle altre forme di energia ed è prelevabile nella quantità necessiaria e dove si vuole. Con l'alternatore (dinamo), la grande quantità di energia meccanica prodotta dalle macchine termiche può essere convertita in energia elettrica e distribuita opportunamente. Con l'utilizzo dei combustibili fossili, c'è stato il quasi totale abbandono di risorse energetiche come il legno, il vento e i salti d'acqua, meno affidabili per costanza e per non essere in grado di soddisfare l'enorme richiesta energetica attuale. Nei trasporti familiari o commerciali utilizziamo l'energia di combustibili fossili raffinati (benzina gasolio derivati dal petrolio). Il processo avviene nei "motori a scoppio" (benzina), o a "compressione" (diesel). Il motore a scoppio, o endotermico in generale, è alla base della propulsione per i mezzi di trasporto collettivi (motrice diesel) ma soprattutto individuali (automobile). La resa energetica è del 30-40%.
Certo nessuno avrebbe applicato, in modo diffuso, questa energia meccanica per far girare il cestello di una lavatrice o il compressore di un frigorifero. Il motore a scoppio ha avuto svariate applicazioni soprattutto dove non era possibile reperire energia elettrica dalla rete di distribuzione. In campagna, ad esempio, vi abbiamo fatto riferimento per motoseghe, trituratori e quant'altro. In casa, ma anche nelle industrie, a farla da padrona è l'energia elettrica.
Energia che si può ottenere abbinando un alternatore ad un motore endotermico, come nei gruppi elettrogeni (*). Ma la gran parte dell'energia elettrica viene prodotta nelle centrali termoelettiche, nelle quali il calore prodotto nella combustione serve a generare vapore che viene forzato verso una turbina, generando energia meccanica. Energia che, attraverso l'asse della turbina viene trasferita ad un alternatore, in cui si genera energia elettrica. Di tutta l'energia iniziale dei combustibili utilizzati, a casa nostra arriva solo il 25-30% (anche per via delle dispersioni nelle linee elettriche). Eppure siamo disposti a perderne una gran parte (prevalentemente in calore), rispetto alla fonte iniziale (combustibile fossile), pur di ottenere una forma di energia, quella elettrica, così versatile, utile ed indispensabile.
Se avessimo una "cella a combustibile", come quella ad idrogeno, anche per gli idrocarburi, potremmo recuperare molta dell'energia dei legami chimici, ma resterebbe sempre il problema dell'emissione di anidride carbonica.
Ora usare questa energia (elettrica) per ricaricare batterie per automobili è un controsenso. Se dovessimo farlo è unicamente per evitare l'inquinamento da gas di combustione nei centri cittadini. Spostando il problema altrove.
Se vogliamo ricaricare le batterie di milioni di auto elettriche, occorre reperire una fonte consistente di energia.
In questo periodo di transizione, se non vogliamo acquistare energia elettrica da altre nazioni (che hanno scelto di ottenerla da fonti nucleari), purtroppo, nonostante il controsenso, dovremmo ancora affidarci ai combustili fossili e metano in particolare.
Combustilili che, gioco-forza, ancora continueremo ad usare per riscaldare gli ambienti (metano) e nei lavori pesanti, come nell'edilizia, nell'agricoltura, nella pesca (gasolio). - (testo redatto del 2007 a scopo didattico, integrato) -

(*) Qualche decennio fa, venne ideato, su questo modello e con un motore di automobile (FIAT 127), un sistema di produzione di energia elettrica, per uso domestico, che recuperava il calore prodotto dalla combustione, che, come è noto, nelle automobili deve essere forzatamente disperso tramite il radiatore, da usare per riscaldare gli ambienti di casa.
Oggi, in qualche caso, si tende a recuperare anche il calore delle centrali termoelettiche, inviandolo nelle abitazioni, il cosiddetto "teleriscaldamento". Un esempio lo troviamo a Brescia, dove, in verità, si usa il calore prodotto dalla termovalorizzazione dei rifiuti.

La Ricarica domestica delle batterie e disponibilità energetica. Chi può disporre di un impianto fotovoltaico, può utilizzare parte dell'energia prodotta per ricaricare le batterie dell'automobile. Chi ha un garage in cui può disporre della rete elettrica in loco o in derivazione dall'appartamento può istallare un'apposita colonnina a lenta ricarica.
In questo secondo caso, oltre a non sapere con certezza (se non dalle dichiarazioni del fornitore) da dove deriva l'energia che stiamo usando (dal punto di vista della ecosostenibilità), si pone il problema della efficienza della rete di distribuzione, nel caso di migliaia e migliaia di ricariche. Il contatore individuale limita l'assorbimento all'interno della singola unità immobiliare. E questo in relazione alla potenza contrattuale stabilita (solitamente 3kw). Se si supera questa potenza, scatta l'interruttore limitatore abbinato al contatore. Ma si può fare richiesta di una maggiore potenza. Ora se questo è possibile per alcuni, non può esserlo per tutti. Infatti la rete che porta l'energia, ad es, in un palazzo, quella è, dimensionata per tot appartamenti (a 3kw). Anche nei vecchi palazzi la rete sopporta il carico attuale, non tanto perchè realizzata sovradimensionata, ma perchè, al tempo, le poche apparecchiature presenti assorbivamo di più e lo facevano anche i televisori (a valvole) e le lampadine. E i limitatori al contatore, se c'erano, erano molto meno sensibili di quelli di oggi. Oggi le società di gestione, credo, non installerebbero a tutti una potenza maggiore, consapevoli che le linee locali non reggerebbero. Al momento, se il contatore (dentro casa) ci segnala o limita un eccessivo assorbimento, siamo costretti a spegnere qualche elettrodomestico. Quindi eventuali ricariche di batterie andrebbero fatte di notte o in momenti di minor utilizzazione delle apparecchiature domestiche.
La Ricarica alle colonnine pubbliche. Guardando l'aspetto ricariche, da un punto di vista più generale, nel momento in cui dovranno essere istallate molte colonnine di ricarica, occorreranno linee dedicate della potenza necessaria.
È chiaro che l'energia dei combustibili fossili, che oggi usiamo nella trazione delle automobili, dovrà essere rimpiazzata con energia elettrica. E qui sorge il problema, dove la prendiamo? Certamente non la possiamo sottrarre agli usi domestici. Ne va prodotta di aggiuntiva (di energia elettrica), come? Sembrerebbe facile, bruciamo quei combustibili fossili, che avremmo dovuto usare per la trazione, e produciamo energia elettrica! Ma sarebbe un controsenso. L'unico vantaggio, in questo caso, sarebbe quello di spostare l'inquinamento, diciamo, in aree non urbanizzate. Ma l'anidride carbonica la rilasceremmo comunque in atmosfera! Allora occorre trovare una fonte consistente, anche al di là di quella che pensiamo di ottenere con le fonti rinnovabili. Gioco forza mi sembra necessario l'uso di una fonte, diciamo, non inquinante, il nucleare.

Alcune considerazioni sulla mobilità conseguente allo progresso scientifico e tecnologico in campo energetico
Da più di un secolo abbiamo inventato un apparato meccanico che riesce a sfruttare l'energia contenuta in un combustibile (fossile) per generare movimento, da applicare ad un mezzo di trasporto su ruote. Lo si è fatto sul modello di una precedente macchina, quella a vapore (di Watt). In questa macchina, inventata ai tempi della Rivoluzione Industriale degli inizi del 1800 in Inghilterra, il vapore d'acqua, generato in una caldaia a combustibile (carbone, oli combustibili), spinge un pistone all'interno di un cilindro. Un sistema, già conosciuto in antichità, permette di trasformare questo movimento alternato in movimento rotatorio. Nasce la locomotiva a vapore.
Nel motore termico (a scoppio) è direttamente il combustibile che, miscelato con aria ed esplodendo all'interno del cilindro, spingere il pistone. Una notevole innovazione quella di utilizzare direttamente l'energia dei legami chimici dei combustibili per generare energia meccanica.
Inizia così l'epoca della mobilità individuale a motore, oggi prepotentemente diffusa. Nonostante rendimenti del 30-40%, rispetto al potenziale energetico (100%) del combustibile (benzina, gasolio, metano, GPL), fino ad oggi, ci siamo serviti e ci serviamo di questa tecnologia.
Ora, come è noto, i combustibili fossili sono degli idrocarburi, ovvero dei composti formati da carbonio ed idrogeno in particolare. Bruciandoli, tal quali, o in un motore termico, rilasciano come prodotto della combustione un gas, l'anidride carbonica CO2 e vapore d'acqua, oltre ad altri composti e particolati inquinanti.
In questi ultimi decenni, l'uso massivo dei combustibili fossili, non solo nella mobilità ma anche in svariati altri settori (riscaldamento, produzione di energia elettrica), ha prodotto (già dall'epoca della rivoluzione industriale) e continua a produrre una quantità di anidride carbonica che i normali processi naturali di riassorbimento non riescono più a contenere e riciclare.
Questa CO2 si accumula negli alti strati dell'atmosfera, generando quel fenomeno noto come “effetto serra”. Ovvero i raggi del Sole penetrano nell' atmosfera ma non sono in grado di uscirne. In questo modo provocano un aumento di temperatura nei bassi strati, con un maggiore riscaldamento globale di tutta la Terra.
Ci siamo posti, quindi, il problema di come fermare questo effetto. Le soluzioni sono quelle di affrancarci quanto più possibile dall' uso dei combustibili fossili.
Per i sistemi di produzione (termica) di energia elettrica, abbiamo cominciato ad affiancare la produzione tradizionale (termoelettrico), con quella proveniente de Fonti Rinnovabili. Questo attraverso l'istallazione di impianti di aerogenerazione (parchi eolici) o di campi fotovoltaici. Ma, già da anni, in altre nazioni funzionano centrali termonucleari, che non emettono CO2.
Per la climatizzatore degli ambienti in cui viviamo si prospetta l'uso di sistemi elettrici a pompe di calore e la coibentazione degli immobili per evitare la dispersione. E per la mobilità di massa? Anche in questo caso c'è la prospettiva di soluzioni già allo stato avanzato e in produzione. Soluzioni che, però, devono fare i conti soprattutto con le fonti energetiche che dovranno sostituire i combustibili fossili, usati per la trazione.
I combustibili hanno il vantaggio di essere di per sé energetici, messi in un serbatoio di automobile e convogliati nel motore termico forniscono l'energia di trazione. Man mano che si utilizzano c'è anche il “vantaggio”, si fa per dire, del minor peso del serbatoio che, però va comunque riempito. Per questo, come società, ci siamo ben attrezzati.
Una soluzione potrebbe essere quella di avere combustibili che non emettano anidride carbonica come conseguenza della combustione. Ma questi combustibili non esistono in natura, nelle quantità necessarie a fare muovere milioni di automobili.
Si è pensato di fabbricarlo appositamente un combustibile che, bruciato nel motore, non emetta CO2. Questo combustibile è l'idrogeno H2 .Potrebbe essere un buon combustibile, da immettere in un motore termico, al pari del metano o della benzina, ma senza l'emissione del gas serra.
Ora, da alcuni anni, la scienza e la tecnologia ci hanno messo a disposizione una specie di scatola magica, la cella a combustibile che riesce a trasformare l'idrogeno gassoso in energia elettrica. Trasformazione che avverrebbe con un rendimento maggiore di quello che potremmo ottenere bruciando l'idrogeno nel motore termico. L'energia elettrica sviluppata verrebbe inviata ad un motore elettrico che provvederebbe alla trazione dell'automobile. Quindi non più un motore termico ma un motore elettrico. L'automobile elettrica, insomma. Questo naturalmente se avessimo una enorme disponibilità di idrogeno molecolare, come l'abbiamo per il metano e gli altri idrocarburi di estrazione.
Ora facciamo una considerazione. L'enorme quantità di combustibili fossili che stiamo usando da decenni, si è formata in milioni di anni e diversi milioni di anni fa. È impensabile che noi umani riusciamo a produrne, al presente, queste elevate quantità. Ed il limite è dato proprio dal fatto che occorrono grandi quantità di energia per produrre un qualsiasi combustibile, diciamo, artificiale. Certamente non andremmo a ricostituire un idrocarburo! Ma se vogliamo usare l'idrogeno come combustibile, lo dobbiamo costituire artificialmente e in grandi quantità. La via più semplice ed "economica" per produrre idrogeno è quella dell' elettrolisi dell' acqua, utilizzando energia elettrica.
Diventa palese che ci troveremmo di fronte ad un controsenso: utilizzare energia elettrica per fare un gas, che poi andrebbe riconvertito in energia elettrica.
Nel frattempo però, la tecnologia ha messo a disposizione dei sistemi di accumulo di energia elettrica, piuttosto efficaci, sono le batterie. Queste possono essere caricate di energia elettrica e possono restituirla per mandarla al motore elettrico dell' automobile. (2)
Complessivamente è un sistema meno dispendioso in termini energetici. Purtroppo le batterie sono qualcosa di solido, hanno un loro peso che l' automobile deve portarsi comunque dietro, cariche o scariche che siano. Ma la possibilità che riusciamo ad immagazzinarvi una quantità di energia tale da riuscire a percorrere qualche centinaio di chilometri, c'è la pone come una possibile soluzione.
Il problema, a questo punto, è reperire, quella grande quantità di energia elettrica, necessaria per ricaricare milioni di queste batterie. L'elettricità è una forma di energia versatile, la si può trasportare, con fili, dove si vuole, e prelevarne la quantità che ci necessita. In relazione a questo si realizzeranno le infrastrutture di distribuzione e ricarica.

(2) Automobili elettriche nel passato Ne furono costruite ancor prima che iniziasse la mobilità con il motore a scoppio. Anzi, la successiva diffusione, proprio delle auto a combustione interna, soppiantò quelle elettriche, dotate di molto meno autonomia.
Un prototipo di auto elettrica fu ideato, alcuni decenni fa, dalla "nostra" casa automobilistica per eccellenza, la FIAT. Si trattava del modello PANDA ELETTRA. La macchina era dotata, appunto, di un motore elettrico che veniva alimentato da batterie al piombo.
Fu un modello che non si diffuse, rimanendo quasi allo stato di prototipo. Per darle autonomia (100 km) di viaggio era necessario disporrre di diverse batterie (al Piombo), collegate fra di loro. Purtroppo le batterie avevano un ingombro (e peso) tale da occupare non solo il bagagliaio, ma anche il sedile posteriore. Praticamente una macchina a due posti.
Oggi con le batterie agli ioni di Litio e varianti più recenti e sicure (LiFeP(h) - LFP), le batterie sono più performanti (in quanto ad immagazzinamento di energia e conseguente maggiore autonomia di alcune centinaia di km) ed occupano, relativamente meno spazio. Vengono alloggiate nel sottoscocca dell'automobile, rendendo utilizzabile tutto lo spazio dell'abitacolo.

Aspetti ambientali ai fini del contenimento dei gas inquinanti in atmosfera. Motore termico e motore elettrico

Pensiamo alle file in autostrada, sulle strade, nei percorsi cittadini in cui, se ci si muove, lo si fa a step. L'autovettura termica ha il motore sempre acceso o è sottoposta, nelle auto più moderne, ad un continuo accendi-spegni. Se consideriamo quanto frequenti siano queste situazioni, soprattutto in città, ci rendiamo conto di quali possono essere le emissioni di gas inquinanti.
Ora, credo, che tutti si convenga su un fatto evidente: le automobili elettriche, mosse da batterie a da idrogeno (in cella di combustibile), non sono inquinanti, prese come sistemi a se stanti (senza impelagarci in altre considerazioni pretestuose).
Non conosco bene le tecnologie applicate sull'auto elettrica, ma immagino che quando l'autovettura elettrica è ferma, il motore può andare in pausa evitando, in parte, anche il consumo di energia elettrica della batteria. Cosa che non avviene nel motore termico che continua a consumare combustibile, se resta acceso. Ed è noto che al momento della ripartenza (accelerazione di riavvio), vi è un notevole assorbimento di combustibile (ciclo urbano). Anche il motore elettrico, alla ripartenza ha bisogno di maggiore energia, ma questo non si abbina con l'emissione di gas di scarico.
Si pensi poi ai percorsi in discesa. In questo caso il motore termico rimane comunque acceso ed in qualche caso fa anche da mantenimento dell'accelerazione che la macchina tenderebbe ad avere. Nella macchina elettrica, in discesa, il motore fa da trattenimento, ed in questa fase può ricaricare anche la batteria. Questo avviene anche nella frenata, laddove (nella macchina tradizionale) siamo costretti a disperdere l'energia della frenata in calore. Energia che, però, il motore termico ha richiesto per portarci alla velocità di viaggio.
Il motore termico (a scoppio o diesel) ha rappresentato una grande conquista perchè permette di sfruttare l'energia chimica dei combustibili per produrre movimento. Questo motore, però, non è molto efficiente disperdendo gran parte dell'energia immessa in calore. Per il suo funzionamento occorrono diversi elementi meccanici in movimento e, per la messa in moto (e il mantenimento dello stesso), ha bisogno di un motorino di avviamento e di un volano per superare la fase di inerzia dei pistoni. E, poi, tutta una serie di elementi meccanici (bielle, albero a gomiti, albero a camme). Annessi come il carburatore e tutto il sistema elettrico di attivazione e/o pompe, iniettori ecc.. Oltre al cambio, in genere ad ingranaggi.
Il motore elettrico è sicuramente molto più efficiente, con un minor numero di apparati meccanici, anche nella trasmissione del movimento e minor logorio generale. Ma, soprattutto, senza alcun tipo di emissione in gas nocivi.
Il problema, ripeto, è trovare una fonte primaria da cui ottenere energia elettrica per la ricarica delle batterie. Certo il peso delle batterie bisogna portarselo dietro, cariche o scariche che siano. Ma, al momento, se vogliamo affrancarci dall'uso dei combustibili fossili, questa dell'elettrico a batteria, credo che possa essere la migliore tecnologia, oggi disponibile, ai fini della mobilità sostenibile.
Per realzzare il motore a combustione, c'è voluto il grande ingegno per pensarlo, realizzarlo e migliorarlo nel tempo ed ha rappresentato una svolta nel campo della mobilità, tanto da ritenerlo insostituibile. Nonostante tutto, già oggi, se dovessi fare un pargone tra il motore a combustione e quello elettrico (ad uso trazione), mi verrebbe da paragonare il primo (quello termico) a un televisore a valvole e il secondo (elettrico), a un televisore a circuiti integrati, per non azzardare a dire con schermo LED.

"Ai posteri l'ardua sentenza". Un domani quando si guarderà al motore termico, come un grande pezzo di ferro monoblocco in cui sono scavati dei cilindri, dove, a stretto contatto, scorrono dei pistoni, sormontato da una sorta di spesso coperchio, la testata. Il tutto contornato da bielle, alberi, ingranaggi, cinghie, frizione, cambio, tubi, carburatore, pompe, olio, guarnizioni, filtri, radiatore.. Nel quale motore convogliare sostanze da bruciare a forza di scoppi, che rilasciano, da altri tubi e marmitte, sostanze tossiche che vengono disperse nei luoghi dove si vive e nell' ambiente in generale.
Si dirà: ma che razza di complicazione hanno inventato nel passato per fare camminare un'automobile?
Mentre c'è, dall'altra, un motore, contenuto, costituito da un involucro circolare, fatto di ordinate matasse di filo di rame che inducono (se percorse da corrente elettrica) a rotazione, senza averne contatto, un cilindro posto al centro e che, senza alcun bisogno delle predette enumerate complicazioni, mette in movimento un'automobile e viene alimentato con "due fili", da corrente elettrica proveniente da una batteria. Si proprio come nelle automobiline giocattolo, ma con un motore che ha la potenzialità di mettere in movimento un' automobile, capiente e confortevole, con un'autonomia di qualche centinaio di km. E che soprattutto NON INQUINA!

E non credo sia il caso di continuare a fare paragoni tra auto elettriche e auto termiche dal punto di vista dell'organizzazione dei rifornimenti sul territorio ed altro. È chiaro che tutto ciò che si è fatto fino ad oggi, è stato quello di rendere quanto più facilitato possibile l'uso della macchina termica. In tutti i sensi.
Ora siamo ad una svolta ed anche per l'uso dell'auto elettrica si farà in modo da rendere la vita degli utenti quanto più facilitata possibile. Non è detto che si arriverà ai livelli di "convenienza" dell' auto termica, ma sicuramente si escogiteranno soluzioni per rendere quanto meno difficoltoso l'uso dell'auto elettrica.
Oggi l'obiettivo è quello di arrivare ad una mobilità ecosostenibile. Questo su due aspetti. Il primo è quello di evitare le emissioni di CO2 in atmosfera, a ragione dei cambiamenti climatici. Il secondo di evitare, quanto più possibile, l'inquinamento nelle grandi aree urbanizzate.
Per questo secondo aspetto, in attesa di avere le quantità di energia ecosostenibili necessarie, si potrebbe anche transigere sull'uso dei combustibili fossili nel produrre energia elettrica, quando le centrali di produzione siano delocalizzate. Questo contraddice quanto detto al primo punto, ma si tratta di una situazione transitoria.

Implicazioni sociali-geopolitiche
E' evidente che per ottenere i materiali che servono alla nostra società, per estrarli, si creano alterazioni dei luoghi, distruzione di territori, dove vivrebbero le popolazioni locali, trovandovi sostentamento dalla coltivazione della terra. Le grandi quantità di energia utilizzate per le estrazioni, sicuramente, hanno una provenienza fossile e contribuiscono al generale inquinamento atmosferico e all'accumulo di CO2.
Il problema è che la nostra socitetà consumistica ed energivora si mantiene anche su queste cose. Si pensi semplicemente alle piantaggioni di caffè, bevanda che consumiamo molto dalle nostre parti, ma che, nei paesi di produzione, tolgono terreno alle popolazioni locali, che per quattro soldi sono "ingentivate" a produrre caffè.
Aspetto del riciclo delle apparecchiature dismessee e del recupero dei materiali?
Spesso le apparecchiature dismesse vengono inviate nei paesi del cosidetto "terzo mondo", dove il recupero viene fatto senza adottare alcuna norma di sicurezza.
Piccola Parentesi. Mi viene in mente quel film di Alberto Sordi "Finchè c'è guerra c'è speranza". Lui (capo famiglia), da mediatore, piazza le armi, prodotte nelle nostre aree "avanzate". nei paesi, chiamiamoli, "emergenti".
Nella società del benessere, dei consumi e della sfrenatezza vive la sua famiglia, più o meno, consapevole dell'attività del capo famiglia. Quando la consapevolezza (anche nella sua famiglia) viene portata, prepotentemente, alla ribalta dai media, bignogna fare una scelta. Continuare a vivere nel benessere o interrompere questa attività del capo famiglia, che questo benessere lo procura?
Penso che tutti conoscano o immaginano, al di là della "morale della favola", l'epilogo.
Sono problemi di cui sicuramente dobbiamo farci carico come società, non dovremmo mettere la testa sotto la sabbia.
Ma nemmeno vanno usati questi argomenti, a soli fini strumentali, in particolare da coloro che vogliono mantenere uno status quo che, individualmente, gli fa comodo, agitando, all'occasione, anche il vessillo dello (pseudo) ambientalista.
Insomma se uno vuol tenersi la macchina termica lo faccia finchè può, ma non è accettabile che, per fare questo, strumentalmente, possa avanzare l'idea (ripetuta come una cantilena nei social) che la soluzione (auto elettrica) è peggiore del male (auto termica).

Pagina in Elaborazione
da Post e miei commenti su Facebook (2024-2025), sull'argomento Energia e mobilità; mi scuso per le ripetizioni.

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Progresso Scientifico, Energia e Società - Unità Didattica