Pile a combustibile (FuelCells)

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Alcuni di voi forse conoscono l’elettrolisi dell’acqua, spesso studiata in chimica alle superiori. La si ottiene immergendo in acqua e sale due elettrodi collegati al positivo ed al negativo di una batteria. Per farla molto semplice, il passaggio della corrente elettrica nell’acqua spezza le molecole di idrogeno ed ossigeno della quale è composta, lasciando i gas liberi di affiorare in superficie: ecco perché vediamo formarsi attorno alla parte immersa degli elettrodi piccole bollicine.
Nel 1839 lo scienziato William Grove creò la prima pila a combustibile impiegando il processo contrario: in poche parole combinando tra loro l’idrogeno e l’ossigeno riusciva ad ottenere energia elettrica. Si scoprì successivamente la possibilità di utilizzare diversi tipi di combustibili, come ad esempio l’etanolo oppure il metano.
La svolta nello studio di queste pile fu quando il dottor Francis Bacon invece di utilizzare elettrodi porosi in platino ed acido solforico, decise di utilizzare un elettrodo poco costoso, in nickel, ed un elettrolita alcalino meno corrosivo. Perfezionò il suo progetto fino al 1959, dimostrandone l’efficacia con una saldatrice alimentata da una pila da 5 Kilowatt. Prendendo l’esempio della pila a combustibile idrogeno/ossigeno moderna, il funzionamento è molto semplice. Immaginiamo la nostra pila a combustibile collegata ad una lampadina. I due gas sono separati all’interno della pila da una membrana, la quale permette il passaggio degli atomi di idrogeno ma non dei suoi elettroni. Quando l’atomo di idrogeno passa attraverso la membrana, privo del suo elettrone, grazie alla carica elettrica lo attira. L’elettrone è costretto a passare attraverso il cavo che porta alla lampadina (facendola illuminare!) per raggiungere il suo atomo di idrogeno, il quale si lega grazie ad esso all’ossigeno. L’idrogeno legandosi con l’ossigeno forma semplicemente… l’acqua. Come avete visto una scoperta del genere fu fatta già nel 1839. Troverete moltissimi utilizzi di questo tipo di pile nella storia. Nel film Apollo 13 che riprende la sfortunata missione, si fa riferimento più volte alla riserva di energia delle pile a combustibile ed ai serbatoi di idrogeno ed ossigeno. Esistono anche sottomarini alimentati con celle a combustibile: questo perché sono statiche e quindi molto più silenziose di un generatore e meno pericolose di un reattore nucleare.Certo, sono state costruite anche moto ed automobili alimentate dall’energia elettrica delle pile a combustibile. Forse vi chiederete perché mai non vengano usate per sostituire il costoso petrolio… Ed è presto detto! L’idrogeno che le alimenta viene prodotto principalmente sfruttando idrocarburi e facendo alcuni calcoli risulta più conveniente utilizzare direttamente il petrolio sottoforma di gasolio o benzina piuttosto che l’idrogeno derivato da ancor più complessi processi chimici. E’ possibile per assurdo produrre il proprio idrogeno a casa, utilizzando l’elettrolisi citata all’inizio della pagina, per poi utilizzarlo nella propria auto ad idrogeno. Il problema è che l’energia elettrica consumata per mantenere attivo il processo di elettrolisi risulta molto più costosa che effettuare semplicemente un pieno di gasolio. Non risulta quindi la soluzione al problema energetico globale, ma sicuramente si tratta di una invenzione utilissima in ambiti speciali come viaggi nello spazio, in campo militare e dell’alta tecnologia.

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