Economia

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Inviato da amalia 03/03/2009 @ 12:11

Tags : economia, podcast

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Economia forestale

Pioppo in autunno. Il genere populus è il protagonista dell'arboricoltura da legna in Italia.

L'esistenza di una economia forestale, che nella maggior parte del mondo consiste in una economia a legna oppure in una economia a bambù, è un dato fondamentale sia nei paesi in via di sviluppo che in molte nazioni a clima temperato e freddo, sempre che dispongano di ampie superfici forestali. Il legname ed il legno da alberi ed arbusti può essere impiegato in una innumerevole quantità di prodotti, che vanno da quelli più inimmaginabili, prodotti dalla polpa di legno, come la cellulosa della carta, il celluloide della pellicola fotografica, il cellophan, la viscosa (un tessuto succedaneo della seta), fino ai più intuitivi utilizzi in mobili, edifici, mezzi di trasporto oltre che per l'utilizzo energetico.

La combustione per ottenere energia termica, è soltanto l'ultimo utilizzo di questo prodotto, che in nessun caso dovrebbe finire in discarica, dal momento che può fungere anche come fertilizzante. Il potenziale danno ambientale che una economia a legno può occasionare, tende ad essere minimo (problemi di danno alla biodiversità riguardanti la monocultura e la coltivazione intensiva di un particolare tipo di albero), e sotto il punto di vista della quantità di CO2 presente in atmosfera, può affermarsi che le distese forestali provocano una lieve riduzione dell'anidride carbonica e di conseguenza dell'effetto serra.

Storicamente l'economia a legna è il punto di partenza della civiltà mondiale, sicuramenti da tempi che precedono il paleolitico ed il neolitico (costruzione di attrezzi rudimentali) e successivamente tramite la scoperta di tecniche per accendere il fuoco e la costruzione di molte macchine semplici ed attrezzi rudimentali, come canne, impugnature di mazze, archi , frecce, lance. Uno dei manufatti piu antichi mai scoperto é una levigata punta in legno (Clacton Spear) vecchia di 250.000 anni (terzo periodo interglaciale), trovata nel giacimento di en:Clacton-on-Sea in Inghilterra, attribuita alla specie ominide Homo erectus .

Successivamente civiltà come quella egizia e quella dei sumeri costruiranno oggetti di mobilio, molti tipi diversi di mobili egizi in avorio e legni pregiati ci sono pervenuti praticamente intatti in alcune tombe segrete inviolate, protette anche dal clima desertico . Molti edifici e parti di essi (soprattutto tetti) contenevano elementi in legno (spesso di quercia) come supporto strutturale; mezzi di trasporto come barche, navi; ed in seguito (con l'invenzione della ruota in Mesopotamia, attorno al V millennio a.C. ) carri e carrozze, argani, mulini ad acqua, mulini a vento, ecc.

In assoluto, la principale fonte del legname utilizzato nel mondo sono le foreste, che si dividono in vergini, semivergini e piantagioni. Esiste una quota di legna asportata spontaneamente dalle popolazioni locali in molti paesi del terzo mondo che si puo soltanto stimare, con margini di aprossimazione molto elevati.

Nel 1998, la produzione mondiale di legna conteggiata ufficialmente, non destinata ad ardere (nota in inglese come "roundwood"), raggiunse i 1,5 miliardi di metri cubi (m3), pari a circa il 45% del legno coltivato nel mondo. Tronchi e rami tagliati destinati a diventare elementi per la costruzione di edifici sono circa il 55% del legno industrialmente conteggiato nel mondo. Un 25% diventa polpa di legno (che include polvere di legno e trucioli) principalmente destinata alla produzione di carta e cartone; un ulteriore 20% circa diventa pannelli di compensato e legno pregiato per mobili ed oggetti di uso comune (FAO 1998) . Il maggior produttore e consumatore di questo legno "conteggiato ufficialmente" sono gli USA, anche se attualmente il paese che conta le maggiore distese forestali e la Russia.

Negli anni settanta, i paesi a maggior superficie forestale erano nell'ordine: Unione Sovietica (circa 880.000.000 ettari), Brasile (515.000.000 ettari), Canada (440.000.000 ettari), USA (300.000.000 ettari), Indonesia (120.000.000) e Repubblica Democratica del Congo (100.000.000 ettari). Altri paesi con importante produzione e consumo di legno sono caratterizzati dalla bassa densità di popolazione in rapporto all'estensione territoriale, qui possiamo ricordare paesi come l'Argentina, il Cile, la Finlandia, la Polonia, la Svezia, l'Ucraina.

Non si può tralasciare l'importanza dell'uso spontaneo e tradizionale del legname nelle aree boschive dell'Europa in generale e dell'Italia in particolare, per ogni tipo di necessità nella costruzione e nel riscaldamento.

Dal punto di vista del clima globale, l'economia a legna combatte l'effetto serra, perché il ripiantare foreste, generalmente aiuta ad assorbire l'anidride carbonica atmosferica, anche se la quantità di CO2 smaltita dipende dal tipo di alberi, dai terreni e dal clima del luogo dove vengono piantati. Inoltre è da non tralasciare che di notte le piante non eseguono la fotosintesi, e che producono CO2, che il giorno successivo sarà smaltita.

Paradossalmente d'estate l'ossigeno prodotto dalla fotosintesi nelle foreste e nei parchi, interagendo con altri inquinanti provenienti dalle città e dalle industrie, viene trasformato dai raggi solari in ozono (molecola di tre atomi di ossigeno), che mentre nell'alta atmosfera costituisce un filtro contro i raggi UV, nella bassa atmosfera viene considerato un inquinante, capace di danneggiare la stessa foresta e di provocare disturbi respiratori agli animali .

Nel 2008 è stato stimato che le foreste vergini tropicali plurisecolari, abbiano aumentato la capacità di assorbimento della CO2, essendo in grado di assorbire circa il 18% dell'anidride carbonica emessa ogni anno dalle attività umane .

Le specie vegetali ideali per questo tipo di economia sono quelle destinate all'arboricoltura da legno, che sono ben conosciute ed hanno proprietà e necessità ben note.

Nessuna di queste specie sottrae terreni pregiati o particolarmente fertili all'agricoltura, ma, al contrario, contribuiscono a proteggere i suoli coltivati dall'erosione e dai venti. Nonostante questa caratteristica positiva in Italia, da secoli si assiste alla progressiva riduzione della presenza degli alberi nei terreni circostanti le colture con la conseguenza che l'eccesso di acqua meteorica non viene adeguatemente trattenuto e si possano verificare, quando succedono piogge abbondanti, catastrofiche alluvioni.

La densità energetica della legna secca, è stata calcolata attorno ai 6–17 Megajoule/Kilogrammo, , .

Vengono idrolizzate grandi quantità di cellulosa che tramite l'uso di funghi o batteri trasformano la cellulosa in glucosio e altri zuccheri, poi avviene la fermentazione mediante lieviti o altri microbi. Ricerche innovative mirano a modificare geneticamente sia i batteri che i lieviti come il saccharomyces cerevisiae modificato in modo da produrre il doppio di etanolo. Altro filone di ricerca è quello di combinare le caratteristiche di scindere la cellulosa in glucosio con quella di trasformare gli zuccheri in etanolo mediante un unico organismo.

Il bioetanolo da cellulosa è molto più costoso di quello ottenuto dalla canna da zucchero e soltanto importanti progressi scientifici potrebbero renderlo conveniente. Si noti che il costo non è dovuto alla materia prima (cellulosa) ma alla sua trasformazione in bioetanolo. I processi industriali attuali fanno costare il bioetanolo da cellulosa tre volte quello ottenuto da canna da zucchero.

Attualmente sono in corso ricerche di ingegneria genetica miranti a creare piante con geni modificati per la produzione di un tipo di lignina molto piu' facile da disgregare chimicamente e che potrebbero fornire bioetanolo a prezzi piu' competitivi .

L'utilizzo più consueto che si possa concepire per la legna, è quello del accendere il fuoco nel tradizionale camino domestico, anche se la combustione della legna si associa spesso alla produzione degli inquinanti microambientali monossido di carbonio (CO), in grado di saturare irreversibilmente l'emoglobina, e di nanoparticelle, oltre alla (CO2) .

É stato proposto l'utilizzo del pioppo come coltivazione da destinare a biocarburanti, particolarmente alla luce del suo ottimo rapporto tra energia immessa nella coltivazione e sfruttamento, e l'energia che si estrae dal suo legname, per il grande assorbimento di anidride carbonica e per la veloce crescita dell'albero. Ad esempio il clone di Populus euroamericana "I-214", cresce così velocemente da raggiungere 35 cm di diametro ed altezze di 30 metri in 10 anni.

Attualmente sono stati posti in commercio il termocamino, la termocucina e stufe più avanzati, in grado di filtrare e o separare (grazie ad un filtro a rotazione e centrifuga delle polveri) le emissioni da combustione di legna, e di ricuperare una maggior quantità del calore prodotto dalla combustione.

Molte caldaie a biomassa possono essere alimentate anche con legna in pezzi.

Il gassogeno a legna, è una pesante ed ingombrante (ma relativamente semplice) apparecchiatura capace di produrre una miscela di idrogeno molecolare (H2), monossido di carbonio (CO), diossido di carbonio (CO2), azoto molecolare (N2) e vapor d'acqua (H2O). Questa miscela, nota come "gas povero" viene prodotta dalla combustione in ambiente riducente (carente in ossigeno) della legna secca con l'ossigeno dell'aria atmosferica, a temperature attorno ai 900° C. Per il buon "tiraggio" del sistema, si richiede che il gas prodotto venga consumato immediatamente, o da parte di un bruciatore (fornello, ecc.), oppure da un motore a combustione interna.

Nel periodo tra prima e seconda guerra mondiale incluse, vista la grande penuria di petrolio, in molti paesi, come l'Italia, la Francia, l'Inghilterra e la Svezia, alcuni veicoli a benzina vennero modificati con l'aggiunta di un gasogeno a legna in grado di produrre (e purificare) miscela di gas che immediatamente, nello stesso veicolo, era in grado di alimentare il motore di un normale veicolo a benzina a ciclo Otto (sostituendo il carburatore con un miscelatore gas-aria), seppure con alcune limitazioni come la grande riduzione della velocità massima e l'utilizzo di marce basse. Le emissioni in CO, CO2 e NOx sono inferiori a quelle dello stesso veicolo alimentato a benzina (mantenendo la stessa marmitta catalitica).

Il metanolo o xilolo (H3C-OH), un liquido a temperatura ambiente, molto tossico (letale) e corrosivo, è un alcool monofunzionale, un'idrossile legato ad una molecola di metano (privo di un un atomo di idrogeno), che nei testi basici di chimica organica viene descritto come lo "spirito del legno", dal momento che viene prodotto della fermentazione del legno. Spesso, quando vinificatori sprovveduti mescolano viticci ed altri legnetti all'uva, il metanolo si trova come inquinante della miscela di acqua, etanolo ed altre sostanze risultanti dalla fermentazione dell'uva.

Il metanolo può essere impiegato come additivo ossigenato per la benzina, anche se abitualmente viene prodotto in grossi impianti industriali partendo dal metano oppure dal syngas, ed è un importante componente di base della chimica industriale, dove serve per produrre altre sostanze più complesse, tramite reazioni di alogenazione e successiva addizione.

Attualmente in Italia si evita di impiegarlo nei combustibili per autotrazione, considerandolo estremamente tossico sia per ingestione, inalazione che semplice contatto (nell'adulterazione del vino col metanolo, si registrarano casi di cecità indotta dallo stesso). Inoltre il metanolo è molto corrosivo, provocando una rapida usura dei circuiti di iniezione e degli stessi serbatoi che lo contengono.

Il tank statunitense M1 Abrams é motorizzato con una turbina a gas da 1500hp , in grado di funzionare anche con una miscela al 50% di polvere di legna e gasolio. Rispetto al motore turbodiesel, per le minori dimensioni, e l'assenza del radiatore si ha un vantaggio nella resistenza ai colpi di cannone e missile ricevuti in battaglia. Lo svantaggio principale è correlato all'alto consumo di carburante, dal momento che il motore non può andare al minimo, e durante la marcia tende a consumare il doppio rispetto ad un motore diesel, perché la turbina non può girare ad un regime di rotazione se non di poco inferiore a quello ideale.

Il legno è leggero, perché il suo peso specifico è inferiore ai 500 kg/m³, contro, ad esempio, i 2.000-2.500 del cemento armato e i 7.800 dell'acciaio.

È resistente, perché l'efficienza prestazionale del legno ai fini strutturali ha qualità simili a quelle dell'acciaio. L'efficienza prestazionale può essere definita come il rapporto tra il modulo di elasticità E e un parametro di resistenza f (es. resistenza a compressione (meccanica)).

Il legno strutturale viene impiegato in primo luogo come materiale per la costruzione di abitazioni di medie e piccole dimensioni, di piccoli e medi ponti, di mulini ad acqua e generatori microidro. Nell'edilizia tradizionale si utilizza per le intelaiature di tetti di edifici, anche di considerevoli dimensioni.

Nel settore dell'arredamento il legno si utilizza tipicamente per costruire armadi, tavoli, sedie, di qualità e durata molto spesso superiori a quelle in plastica e metallo. Il loro aspetto e testura risulta particolarmente gradevole sia alla vista che al tatto, che nei i modelli a basso prezzo destinati all'assemblaggio fai da te (ad esempio quelli dell'IKEA) danno piacevoli sensazioni affini al calore del focolaio domestico.

I modelli di mobili di alto livello qualitativo, costruiti con legni pregiati ed elaborati design, danno un tocco di raffinatezza sia all' ambito domestico, che agli uffici, scuole, universita'. ecc.

Uno degli esempi storici più noti della crisi dell'economia a legna è quello che si verificò nella Grecia Classica, in particolare nelle regioni dell'Attica, Beozia e Peloponneso dove il taglio indiscriminato degli alberi per diversi usi, associato a siccità ed incendi portò alla mancanza di legna per costruire aratri, lance, navi, scudi, ecc. e quindi ad un lento ma inesorabile declino della potenza militare e navale della grecia penisolare in favore dell'Epiro e del Regno di Macedonia, terre più fertili perché piovose, fatti culminanti durante il IV secolo a.C., epoca di Filippo II di Macedonia ed Alessandro Magno.

L'arma segreta del soldato peltasta macedone di Filippo nella battaglia di Cheronea (338 a.C.) ed in quelle successive che portarono a conquistare l'Asia Minore, Babilonia, la Persia e l'Egitto, era la sarissa, un tipo di lancia oplitica, molto piu lunga (5-7 m.) rispetto a quelle del resto della grecia, ottenuta dal lungo, resistente ma leggero legno del corniolo .

Rapa Nui, meglio conosciuta come Isola di Pasqua, è il tipico esempio di come l'espansione geometrica di una popolazione porta alla fine di una risorsa rinnovabile, proprio perché ad un certo punto l'assoluta necessità rende lo sfruttamento eccessivo, ed impedisce che la risorsa si rinnovi. Si calcola che dopo l'anno 1000 a Rapa Nui siano state tagliate 10 milioni di palme, portando ad erosione delle terre fertili, ed a desertificazione attorno al XV secolo (forse favorita da un'infestazione di ratti), che ridusse la popolazione da 15.000 a 2.500 anime. Senza legname, niente barche, niente lance, nè reti e dunque niente pesce e proteine, ed alla fine la società diventa preda della fame, della guerra civile (nel 1600-1700), si immerge nella superstizione più fanatica, ed infine si arriva alla disgregazione ed al caos sociale, con distruzione dei simboli tradizionali (Moai abbattuti) ed estinzione della civiltà, anche in assenza di nemici esterni.

Per la parte superiore



Economia dell'idrogeno

Principio di funzionamento di una fuel cell.

Un'economia dell'idrogeno o, per meglio dire, un'economia basata sull'idrogeno è un tipo di sistema economico ipotizzato per il futuro in cui varie forme di energia vengono immagazzinate sotto forma di idrogeno (H2, gassoso, liquido o in composti come gli idruri metallici) sia da utilizzare in applicazioni in movimento che per fornire ulteriore energia alla rete elettrica nazionale e mondiale nei momenti di carico energetico eccessivo. In particolare, verso la fine del XX secolo si è rapidamente sviluppato il progetto di una automobile a idrogeno, che usa l'idrogeno come combustibile in particolari celle o pile, che generano tensione elettrica capace di muovere un qualsiasi motore elettrico, senza però rimpiazzare del tutto benzina e gasolio: infatti l'idrogeno non si trova in natura e per questo motivo, attualmente, non è una fonte di energia. Esempi di autostrade ad idrogeno sono in progetto in Europa (Autostrada A22) e in USA (California Hydrogen Net).

Secondo il DOE americano, la produzione di idrogeno ammonta a 9 milioni di tonnellate all'anno, per il 95% prodotti tramite il reforming di metano con vapor d'acqua (efficienza energetica del 80%, ma si producono 9 kg di CO2 per ogni kg di H2 ottenuto). Il tasso di crescita stimato per la produzione d'idrogeno è del 10% annuo. Dal momento che lo stoccaggio dell'idrogeno e il suo trasporto sono molto onerosi, la maggior parte di esso viene di norma prodotta e utilizzata localmente (immediatamente) per il consumo interno, dalle stesse industrie che lo producono, in genere raffinerie di petrolio, oppure fabbriche appartenenti all'industria pesante.

Correntemente, la produzione dell'idrogeno avviene per il 48% da gas naturale, per il 30% dal petrolio (sottoprodotto della distillazione e reforming del gasolio), per il 18% dal carbone; l'elettrolisi dell'acqua viene impiegata per produrre soltanto il 4% dell'H2.

Nel 2005, il Dipartimento per l'Energia degli Stati Uniti ha fissato un obiettivo di costo per il 2015 pari a 2-3,00 $/Kg di idrogeno (dollari del 2005, non tassati), equivalenti a 2-3,00 $/gallone di benzina.

Essendo in crescita sia la popolazione mondiale che l'agricoltura intensiva che l'alimenta, la domanda per un impiego massiccio dell'ammoniaca è crescente. L'hydrocracking rappresenta un'area di ancora maggiore crescita, dal momento che il corrente aumento dei prezzi del petrolio incoraggia le compagnie petrolifere ad estrarre petrolio da sorgenti prime più povere (con idrocarburi più pesanti , ricchi in cere, bitume, olefine, nafta, e più sporche in zolfo), come le sabbie della "fascia bituminosa" dell'Orinoco in Venezuela, oppure gli scisti bituminosi del Canada.

Il potenziale per un grande mercato e l'acuto incremento dei prezzi del petrolio hanno incoraggiato l'interesse per mezzi alternativi e più economici per produrre idrogeno. Tra questi il governo USA finanzia lo studio per l'elettrolisi termochimica ad alta temperatura dell'acqua. Alcuni prototipi di reattori come il PBMR operano a temperature tra i 850 ed i 1000 gradi Celsius, molto più caldi degli impianti civili esistenti. L'elettrolisi dell'acqua a quelle temperature converte meglio il calore iniziale in energia chimica sotto forma d'idrogeno, migliorando l'efficienza. Il processo funziona in laboratorio, ma non è stato mai testato su scala commerciale , .

L'elettricità ha rivoluzionato la qualità della vita umana sin dal tardo XIX secolo consentendo un più facile utilizzo delle fonti energetiche disponibili. Invenzioni come la dinamo e l'illuminazione elettrica iniziarono a crescere dopo l'invenzione della corrente continua. Successivamente l'alternatore e la corrente alternata permisero la trasmissione di energia elettrica su grandi distanze a grande scala.

Correntemente, il bilanciamento del carico sulla rete energetica viene compensato variando la potenza prodotta dai generatori. Nonostante tutto, l'elettricità è difficile da accumulare efficientemente per usi futuri.

Attualmente il sistema più ampiamente utilizzato (il più efficiente sotto il profilo dei costi) per l'immagazzinamento di grandi quantità di energia di rete è lo stoccaggio a acqua pompata, che consiste nel pompare acqua in una riserva o un lago chiusi da una diga (oppure con tubi in salita ed in discesa) e nel generare energia idroelettrica per soddisfare il picco. Questi sistemi non possono essere resi portatili o poco ingombranti. Un'altra alternativa di minore ingombro come il capacitore ha una densità energetica troppo bassa. Gli accumulatori hanno una densità energetica bassa ed inoltre sono lenti nelle fasi di scarica e ricarica. L'accumulo energetico in volani, a parità di dimensioni, può risultare più efficiente rispetto alle batterie, ma comporta problemi di sicurezza per via della possibilità di rottura esplosiva.

Contemporaneamente alla diffusione dell'elettricità, si sviluppava un'altra fonte di energia portatile: idrocarburi derivati dal petrolio, che fornivano energia chimica ai motori a combustione interna, trasformandola in energia meccanica per molti tipi di veicoli come automobili, navi ed aerei. I motori a combustione interna, grazie alla maggiore autonomia, leggerezza, potenza e relativa efficienza del motore e all'alta densità energetica degli idrocarburi, si imposero sui vecchi tipi di locomozione, come la vecchia locomotiva a vapore, l'aria compressa, e le prime auto elettriche a batterie. L'alto rapporto potenza-peso di questi motori ne faceva l'unico metodo impiegabile nel primo aeroplano.

La probabile fine nel XXI secolo delle fonti più economiche di idrocarburi e l'effetto serra dovuto alle emissioni di diossido di carbonio (CO2) hanno dato luogo alla ricerca di alternative agli idrocarburi fossili che non diano luogo a questi problemi.

Alcuni pensano che le celle a combustibile, utilizzanti idrogeno come carburante, siano dal punto di vista della convenienza globale l'equivalente futuro del motore a combustione interna del XX secolo o del motore a vapore nel XIX secolo.

L'idrogeno è l'elemento più abbondante nell'universo. Possiede anche un eccellente densità energetica , più efficiente rispetto a quella del metano o dei tipici carburanti per il motore a combustione interna in rapporto al peso, cosa che ne consiglia l'impiego in razzi come lo space shuttle.

In teoria l'unica emissione delle celle a idrogeno è acqua pura. Inoltre le celle a idrogeno sono più efficienti rispetto al motore diesel. In effetti, il motore a combustione interna ha un'efficienza del 20-35%, mentre la pila a combustibile ha un'efficienza elettrica che va dal 40 al 49%, ed in modalità di cogenerazione (elettricità e calore) gli impianti di celle a combustibile forse raggiungeranno un'efficienza energetica pari all'80-85%.

Altre tecnologie innovative, in concorrenza con le pile a combustibile ad idrogeno, dimostrano un'efficienza elettrica vicina al 30-35%.

L'idrogeno puro non è disponibile nel nostro pianeta. La maggior parte dell'idrogeno "conveniente" può essere estratto da altre sostanze con procedure chimiche ed elettrolitiche, oppure può essere prodotto da altri combustibili utilizzando sostanze ad elevato contenuto energetico, come i combustibili fossili, ma questi metodi, oltre ad esaurire risorse non rinnovabili, generano CO2 in quantità maggiori rispetto ai motori convenzionali, aggravando l'effetto serra rispetto al loro utilizzo diretto negli autoveicoli.

L'idrogeno può essere prodotto con l'elettrolisi utilizzando grandi quantità di energia elettrica prodotto dalle dighe e dalla loro acqua.

Anche l'energia nucleare può fornire quest'energia, con le implicazioni che ne conseguono. Alcune fonti "pulite" (eolico ed in un futuro il solare) in alcune regioni soleggiate, desertiche, o con venti costanti sono capaci di generare energia in un modo economicamente conveniente, specie se si tiene conto delle "esternalità" delle fonti di energia convenzionali come il petrolio.

Comunque, le fonti "pulite" tendono a produrre energia di bassa intensità (utili per esempio a fini domestici come l'illuminazione o per macchinari a basso consumo), ma non le ingenti quantità di energia termica (più di 1000 gradi) richieste per estrarre masse significative di idrogeno con metodi come la elettrolisi termochimica. Questo è noto come il problema della produzione.

L'idrogeno ha anche una bassa densità (pari a 0,0708 g/cm3 a −253 °C). Questo significa che è necessario un serbatoio abbastanza capiente per immagazzinarlo, anche impiegando energia addizionale per comprimerlo, cosa che comporta problemi di sicurezza per l'alta pressione del gas. Il grosso e pesante serbatoio ridurrebbe l'efficienza del veicolo per via del maggiore peso da trasportare. Dal momento che è una molecola piccola ed energetica, l'idrogeno diatomico tende a diffondere attraverso ogni materiale di rivestimento che venga utilizzato per il suo contenimento, portando all'imbibizione di idrogeno dello stesso materiale, oppure indebolendo il suo contenitore. Questo viene chiamato il problema dell'immagazzinamento.

Altri proponenti si immaginano fonti di idrogeno locali in ambito rurale, anche se gli ostacoli che si frappongono ad eventuali grossi generatori di idrogeno ad alta efficienza in mezzo alla campagna sono meno gravi rispetto a quelli che si presenterebbero in ambito urbano.

La pila a combustibile (o fuel cell) è un dispositivo con prototipi ancora costosi ed ingombranti. Spesso richiedono costosi metalli della serie chimica del platino ed altre che hanno una vita utile troppo breve. Dal momento che la diffusione dell'utilizzo dell'idrogeno come una fonte portatile di energia ha senso soltanto se impiegato in pile a combustibile (la semplice combustione con l'ossigeno atmosferico in motori a combustione interna produce inquinanti come i NOx, rumore, ed ha una bassa resa energetica), le persone che auspicano una economia all'idrogeno sperano che i progressi nelle nanotecnologie e nella produzione in serie ridurrà questi problemi in modo di rendere queste pile efficaci in rapporto al loro costo.

In termini semplici, la futuribile economia dell'idrogeno sarebbe condizionata dal requisito di partenza della produzione dell'idrogeno con fonti non-fossili come quelle (ad esempio rinnovabili, nucleare), che impiegherebbe alcuni metodi (principalmente l'elettrolisi) per produrre idrogeno sotto forma di gas che sarà usato in molti settori dell'economia come una fonte di energia immagazzinabile, che lentamente sostituirebbe le fonti di gas serra come carbone, petrolio e metano, costituendo un'alternativa ecologica, ed economicamente conveniente rispetto all'odierno sistema basato su combustibili fossili.

Attualmente però l'unico sistema di produzione di idrogeno economicamente sostenibile è il reforming di materie prime fossili.

L'idrogeno in quantità industriali viene abitualmente prodotto con il reforming a vapore del gas naturale. Alle alte temperature (700-1100 °C), il vapore d'acqua (H2O) reagisce con il metano (CH4) per produrre syngas.

Il calore abitualmente richiesto alimentare il processo viene in genere fornito dalla combustione di alcune frazioni del gas naturale.

Essenzialmente, l'atomo di ossigeno (O) viene strappato dal vapore d'acqua per ossidare il carbonio (C), liberando l'idrogeno che prima dello svolgersi della reazione era legato al carbonio ed ossigeno.

Il carbone può essere trasformato in una miscela di syngas e metano, nota anche come gas di città, sfruttando il processo di gassificazione del carbone.

Quando l'energia fornita è chimica, essa sarà più efficiente per produrre idrogeno attraverso una via chimica diretta. Ma quando l'energia fornita è meccanica (idroelettrica o generatori eolici), l'idrogeno può essere prodotto via l'elettrolisi dell'acqua. Abitualmente, l'elettricità consumata ha un valore sul mercato maggiore rispetto all'idrogeno prodotto, e per questo, attualmente nel mondo soltanto una piccola frazione dell'idrogeno viene prodotta in questo modo.

Quando la fornitura energetica viene sotto forma di calore: solare termico (quello studiato da Carlo Rubbia), cogenerazione per la combustione dei rifiuti, oppure nel reattore nucleare di III generazione, la procedura standard per ottenere idrogeno è quella dell'elettrolisi a basse temperature.

La ricerca sulla elettrolisi ad alta temperatura (HTE) combinata al reattore nucleare VHTR potrebbe forse costituire una fonte d'idrogeno competitiva sotto l'aspetto dei costi rispetto al reforming del gas naturale via vapore. Dal momento che una parte dell'energia nella HTE è fornita direttamente sotto forma di calore, una minore quantità di energia deve essere convertita due volte (dal calore all'elettricità, e successivamente con l'elettrolisi in forma chimica), e dunque si perde meno energia nell'inefficienza dei vari passaggi.

I processi HTE sono generalmente considerati in combinazione con una fonte di calore di origine nucleare, dal momento che le altre forme di calore ad alta temperatura di origine non chimica (il solare termico a concentrazione) non è sufficientemente consistente per abbattere i costi di capitale dell'equipaggiamento necessario alle HTE.

Alcuni processi termochimici, come il ciclo del solfuro di iodio, possono produrre idrogeno e ossigeno dall'acqua e dal calore senza utilizzare elettricità. Dal momento che tutta l'energia in ingresso che serve al processo è calore, può essere molto più efficiente rispetto alla elettrolisi ad alta temperatura. La produzione termochimica di idrogeno utilizzando energia chimica dal carbone o dal gas naturale non viene generalmente considerata, perché la via chimica diretta e più efficiente.

Nessuno dei processi termochimici dell'idrogeno è andato al di là delle dimostrazioni in laboratorio. Non sono note quali possano essere le problematiche in impianti di produzione massicci, i costi ed i benefici o danni collaterali.

La principale difficoltà nell'utilizzo dell'idrogeno come sistema di stoccaggio e che le trasformazioni energia-> idrogeno-> energia sono costose e tecnologicamente complesse.

Gli idrocarburi vengono immagazzinati generalmente nel loro luogo d'uso, sia come liquido nei serbatoi di benzina, diesel e GPL nelle automobili oppure nei serbatoi a propano compresso. L'idrogeno, in confronto, risulta molto costoso da stoccare e/o trasportare con le tecnologie attuali. L'idrogeno ha una buona densità energetica per peso, ma ha una bassa densità energetica/volume rispetto agli idrocarburi, e dunque richiede un serbatoio di maggiori dimensioni.

Un grosso serbatoio d'idrogeno sarà sempre più pesante rispetto al piccolo serbatoio riempito con idrocarburi a parità di contenuto energetico, lasciando invariati tutti gli altri fattori. L'aumentare la pressione del gas migliorerà la densità energetica per volume, rendendo i serbatoi più piccoli, ma non più leggeri (vedere recipiente in pressione). La compressione di un gas consumerà l'energia per alimentare il compressore. Una maggiore compressione implicherà una maggiore dispersione energetica nello stadio di compressione. In una alternativa ad alta tecnologia (non utilizzata persino da alcune industrie spaziali come quella russa) si potrebbe ottenere una alta densità energetica volumetrica impiegando l'idrogeno liquido come ad esempio si fa nello Space Shuttle.

L'idrogeno liquido è costretto a temperature criogeniche e bolle a 20,268 kelvin (−252,882 °C), la sua liquefazione impone un forte dispendio energetico, per portarlo a quelle temperature. I serbatoio devono essere molto ben isolati per prevenire la bollitura. L'umidità dell'aria ghiaccia subito attorno al serbatoio e provoca la sua corrosione se l'isolamento presenta crepe. L'isolamento per questi serbatoi è costoso e delicato. Se si risolvesse questo problema, rimarrebbe il problema della bassa densità energetica, dal momento che anche l'idrogeno liquido ha una peggiore densità energetica volumetrica rispetto agli idrocarburi, di un fattore pari a circa quattro.

L'ammoniaca (NH3) può essere un mezzo per stoccare l'idrogeno chimicamente e dopo liberarlo in un "reformer" catalitico. L'ammoniaca provvede ad un potenziale stoccaggio dell'idrogeno ad alta densità come un liquido raffreddato a temperature inferiori a -35° C con lieve pressurizzazione ed un modesto isolamento criogenico. In miscela con acqua può essere tranquillamente stoccato a temperatura e pressioni ambientali normali.

I processi industriali dell'ammoniaca sono ampiamente conosciuti, dato che è il secondo prodotto chimico più comunemente prodotto nel mondo, e sono ampiamente disponibili enormi infrastrutture per la produzione, trasporto e distribuzione di essa. L'ammoniaca può essere convertita (reformed) per produrre idrogeno senza la produzione di gas tossici, oppure può essere mescolata con i carburanti esistenti e bruciare efficientemente. L'ammoniaca pura brucia difficilmente a pressioni atmosferiche pari a quelle che si hanno nei forni o negli scaldabagno alimentati a gas naturale. Quando l'ammoniaca viene compressa in un motore a combustione interna diventa un combustibile utile per motori a benzina lievemente modificati. L'ammoniaca è energeticamente molto costosa da produrre e l'infrastruttura esistente dovrebbe essere ingrandita enormemente per poter affrontare le necessità energetiche del sistema dei trasporti.

L'ammoniaca di per sé, alla temperatura di 25 °C e pressione ambiente (760 mmHg) è un gas tossico, ed ha un odore molto pungente e penetrante, oltre ad avere effetti lacrimogeni.

Si progetta di utilizzare idruri metallici come assorbitori d'idrogeno invece di trasportarlo puro. Gli idruri possono essere forzati, con vari gradi di facilità, a rilasciare ed assorbire l'idrogeno. Alcuni sono liquidi facili da stoccare e da utilizzare per rifornire veicoli a temperatura e pressione ambiente, altri sono solidi che possono essere trasformati in cubetti o pile. Tra le varie classi di idruri adoperabili nell'economia ad idrogeno ci sono quelli di boro e di litio. Hanno una buona densità energetica per volume, anche se la loro densità energetica/peso è spesso peggiore rispetto ai principali idrocarburi impiegati come carburante.

Lo stoccaggio sotto forma di idruri metallici solidi è un candidato di punta per l'impiego automobilistico. Un serbatoio in idruri è circa tre volte più grande e quattro volte più pesante rispetto a quello di un serbatoio di benzina che immagazzinasse la stessa energia. Per una macchina standard, sono circa 170 litri (0,17 m3) di spazio e 270 kg rispetto a 57 litri (0,057 m3) e 70 kg. Un serbatoio di benzina standard pesa poche decine di chilogrammi ed è fatto in acciaio che costa circa 2,20 $/kg. Il litio, il principale costituente in peso di un contenitore per lo stoccaggio come idruri, costa circa 90 $/kg. Qualsiasi tipo di idruro dovrà essere riciclato o ricaricato con idrogeno, sia a bordo dell'automobile oppure in un impianto di riciclaggio.

Spesso gli idruri reagiscono per combustione, piuttosto violentemente per esposizione all'aria umida, e sono molto tossici a contatto con la pelle o con gli occhi, e quindi sono abbastanza ingombranti da manipolare (si veda borano, idruro di litio e idruro di alluminio). Questa è la ragione (oltre al peso ed al costo) per la quale alcuni combustibili, anche se sono stati proposti dall'industria dei lanci spaziali che ha speso tempo e risorse in queste ricerche, non sono mai stati utilizzati per alcun veicolo in lanci spaziali.

Alcuni idruri forniscono una bassa reattività (e quindi un'elevata sicurezza) ed elevate densità di stoccaggio (al di sopra del 10% in peso). I candidati principali sono il boroidruro di sodio, il tetraidruroalluminato di litio ed il borano di ammonio. Il boroidruro di sodio ed il borano di ammonio possono essere immagazzinati in forma liquida se mescolati con acqua, ma debbono essere stivati in grandi concentrazioni per produrre una densità accettabile di idrogeno e questo richiede un complicato sistema di riciclo dell'acqua nella fuel cell. In forma liquida, il boroidruro di sodio fornisce il vantaggio di poter reagire direttamente nella cella a combustione, permettendo la produzione di meno costose, più efficienti e più potenti fuel cell che non abbisognino di catalizzatori al platino. Riciclare il boroidruro di sodio è molto costoso in termini energetici e sarebbero necessarie appositi impianti di riciclaggio. Sistemi più efficienti di riciclaggio del boroidruro di sodio sono ancora in fase sperimentale. I sistemi di riciclaggio del borano di ammonio sono ancora del tutto da sperimentare.

Un'alternativa agli idruri è l'utilizzo dei normali idrocarburi come portatori d'idrogeno. Successivamente un piccolo reformer d'idrogeno estrarrebbe l'idrogeno a seconda del consumo della pila a combustibile. Il problema è che i "reformers" sono lenti nell'estrazione ed alcune perdite di energia, dovute alla bassa efficienza, aggiunti al costo extra della pila a combustione rendono probabilmente più conveniente il bruciare l'idrocarburo in un più economico motore a combustione interna.

La pila a combustibile a metanolo non necessita di un reformer, ma fornisce minore efficienza energetica e densità di potenza rispetto alle celle a combustibile convenzionali, anche se questo potrebbe essere controbilanciato dalla molto maggiore densità energetica dell'etanolo e del metanolo rispetto all'idrogeno. L'alcool come carburante è già oggi, grazie all'agricoltura, una risorsa rinnovabile.

La pila a combustibile ad ossido solido può essere alimentata da idrocarburi a catena corta, come il propano ed il metano, senza la necessità di un reformer, oppure possono funzionare con idrocarburi a catena più lunga (butano, esano e ottano) con un reforming solo parziale, ma le alte temperature ed il lento tempo di avvio di queste celle a combustibile le rendono improponibili per l'uso automobilistico.

La miscela nota come Hythane o idrometano è stata proposta nel 2007 dall'ASTER, dall'ENEA e dalla Hythane di Littleton nel Colorado . La miscela è costituita da metano ed idrogeno gassoso, mantenuti ad alta pressione (300 atm) e a temperatura ambiente, entro un recipiente in acciaio rivestito da plastiche antiurto. Questi recipienti possono contenere dal 5 al 30% di idrogeno, ed il resto della miscela è costituito da CH4. La miscela attualmente non può essere utilizzata in pile a combustibile, ma può essere bruciata con relativa efficienza in motori a combustione interna a bassa compressione, come nei motori statunitensi a benzina (ciclo Otto) oppure nel motore Wankel.

Già la miscela al 7% ha vantaggi ecologici rispetto al metano puro, per il punto di fiamma più basso dell'idrogeno, che porta alla combustione completa del hythane in motori a combustione interna .Rispetto alla combustione dell'idrogeno puro, la miscela Hythane riduce di sette volte la produzione degli inquinanti NOx .

Attualmente vengono studiati altri metodi più esotici per veicolare l'idrogeno, per esempio basati sulle nanotecnologie, come i vari tipi di micro-sferule di carbonio-60 note come buckyballs ed i nanotubi in carbonio, ma sono ancora in una fase iniziale di ricerca .

Nel 2008 e' stata annunciata la possibilità di utilizzare nanotubi in silicio per trasportare idrogeno in autoveicoli . Simulazioni fisico/chimiche al computer con il metodo matematico "Grand Canonical Monte Carlo" indicano che i nanotubi di silicio possono assorbire maggiori quantità di idrogeno rispetto ai nanotubi al carbonio .

Non sembra che l'idrogeno sia il mezzo più economico per il trasporto di energia su lunghe distanze nel futuro prossimo. I progressi nella tecnologia dell'elettrolisi e delle pile a combustibile non hanno affrontato i costi sottolineati.

Nel 2005, il metodo più economico per muovere l'energia attorno al mondo era quello di trasportare "pellets" di uranio per ferrovia. Il seguente metodo più economico (ed il più usato) è come grezzo in oleodotto o nelle navi supertanker, oppure come carbone spedito per ferrovia o nave da carico.

Le condotte di gas naturale e le navi con serbatoi di gas naturale liquefatto sono molto più costose e richiedono un mercato stabile con estese tubazioni di gas ed ampia presenza di elettrodomestici che impieghino il GNL (come scaldabagni e cucine). Per questo il gas naturale estratto dal North Slope, in Alaska viene reimmesso nel suolo piuttosto che inviato verso l'Oregon, ed è questa la ragione per la quale il GNL dalla costa nordovest dell'Australia viene inviato via nave in Giappone e Cina.

Le linee elettriche muovono l'energia a costi anche maggiori rispetto a quelli dei gasdotti di gas naturale; per questo, di solito le centrali elettriche si trovano a circa 160 km dalle utenze che servono. Le linee di lunga distanza vengono impiegate per bilanciare gli squilibri tra i vari punti dove l'energia elettrica viene prodotta e consumata ad una certa ora, muovendo una piccola porzione del totale generato. Ad esempio la California brucia circa 30 gigawatt di elettricità, ed ha un collo di bottiglia nella trasmissione nord-sud (la "500 kV Path 15") pari a 5,4 gigawatt.

Le condotte dell'idrogeno sono anche più costose rispetto alle linee elettriche a lunga distanza. L'idrogeno a temperatura ambiente ha un volume tre volte maggiore rispetto al gas naturale a parità di energia trasportata, inoltre lo H2 accelera la comparsa di crepe nell'acciaio (imbibimento da idrogeno), che aumenterebbe i costi di manutenzione, le perdite, ed i costi materiali. Sembra che la differenza nei costi sia destinata ad aumentare con le nuove tecnologie: i cavi sospesi in aria possono impiegare voltaggi maggiori con costi marginalmente superiori, ma le tubature ad alta pressione richiedono in proporzione più materiale.

Nel 2006 sono state proposte condotte miste interrate in profondità, con un nucleo contenente idrogeno in pressione (liquefatto alla temperatura dell'azoto liquido), che dovrebbe circolare all'interno di una tubazione o di lunghe strisce avvolgenti in ceramica superconduttiva dell' elettricità (corrente continua), a sua volta foderate da plastiche isolanti e da una protezione esterna estremamente resistente (tubi in acciaio o kevlar). Le stime di portata energetica per ogni paio di condotte (una positiva a +50.000 volts e l'altra negativa a -50.000 volts) sono di 5 Gigawatt elettrici e di 10 Gigawatt sotto forma di idrogeno liquefatto (per combinazione di alta pressione e temperature dell'azoto liquido).

Correntemente circa il 48% dell'idrogeno gassoso viene creato grazie al reforming del gas naturale tramite il metodo della reazione di spiazzamento dell'acqua (natural gas/water gas shift), che è stato spiegato in precedenza. Questo processo crea come sottoprodotto l'anidride carbonica (CO2), un gas serra. Questa viene abitualmente liberata nell'atmosfera, anche se sono state effettuate ricerche per la sua iniezione in giacimenti di idrocarburi depletati o acquiferi salini. E' stato proposto lo stoccaggio dell'anidride carbonica negli anissi marini.

Recentemente, sono state posti alcuni interrogativi su problemi relativi a fuoriuscite accidentali di idrogeno. L'idrogeno molecolare tende a fuoriuscire lentamente da ogni tipo di suo mezzo di contenimento. È stato ipotizzato che quantità significative d'idrogeno gassoso (H2) possano fuoriuscire dai serbatoi di idrogeno. In tal caso, anche per l'azione della radiazione ultravioletta, si potrebbero formare radicali liberi (H+) e (H.) nella stratosfera.

Questi radicali liberi potrebbero in seguito agire come catalizzatori del danno alla fascia dell'ozono. Un aumento sufficientemente grande della quantità di idrogeno stratosferico da perdite di H2 potrebbe esacerbare il cosiddetto "buco nell'ozono". Comunque, gli effetti di questo processo potrebbero non essere significativi; la quantità di idrogeno che oggi si perde è molto minore (di 10-100 volte) rispetto alla stima del 10%-20% posta come ipotesi da alcuni ricercatori. In Germania, ad esempio, il tasso di perdita è dello 0,1% (minore a quello del gas naturale, che è del 0,7%). Si calcola che al massimo, le perdite ammonterebbero al 1-2% dell'idrogeno contenuto nei serbatoi, anche con un uso ampio, da parte di privati non particolarmente sensibilizzati, utilizzando le odierne tecnologie. Inoltre stime attuali indicano che ci vorranno almeno 50 anni per instaurare un'economia ad idrogeno matura, e che le nuove tecnologie sviluppate nei prossimi anni potrebbero ridurre ulteriormente il tasso di perdita da serbatoi e condotte.

Le leggi fisiche correlate alla conservazione dell'energia creano una situazione dove in primo luogo l'energia impiegata per creare, comprimere e refrigerare il carburante può ridurre l'efficienza energetica finale del sistema a livelli inferiori rispetto a quelli dei sistemi di raffinazione del petrolio avanzati e dei motori a combustione interna più efficienti (come i sistemi diesel accoppiati al motore elettrico ed al recupero dell'energia tramite bobine durante la frenata); questo è particolarmente vero se l'idrogeno deve essere compresso ad alte pressioni oppure liquefatto a temperature inferiori a quelle dell'azoto liquido, come servirebbe per le applicazioni automobilistiche (in partenza l'elettrolisi dell'acqua è di per sé un processo inefficiente, che di solito richiede almeno il doppio dell'elettricità rispetto all'energia immagazzinata nell'idrogeno). Comunque, presi fuori dal sistema globale, anche i motori a combustione interna più efficienti non sono molto efficienti in termini assoluti; inoltre, la benzina proviene da una fonte primaria non rinnovabile ed in via di esaurimento, e con le relative peculiari inefficienze energetiche, dal momento che il petrolio crudo deve essere trasformato in una raffineria per ottenere sia la benzina, che il cherosene, oppure il gasolio.

Come alternativa alla generazione per via elettrolitica, l'idrogeno può essere ottenuto dal metano (componente principale del gas naturale, procedura con un'efficienza energetica di circa l'80%), oppure da altri idrocarburi con un diverso grado di efficienza. Il metodo di conversione a idrocarburi da luogo a gas serra, ma, dal momento che la loro produzione si concentra in un unico luogo, e non viene dispersa da milioni di veicoli, si ipotizza che si possano separare i gas e che sia possibile eliminarli in modo appropriato, ad esempio iniettandoli tramite il pozzo estrattivo in depositi geologici di petrolio oppure gas. Una stazione di pompaggio e re-iniezione sotterranea della CO2 viene attualmente sperimentata dalla compagnia norvegese Statoil nel mar del Nord, nel campo di Sleipner.

Altri tipi di celle a combustibile non devono affrontare questi problemi.

L'idrogeno viene utilizzato in molte reazioni chimiche - come il processo Haber e l'hydrocracking - come descritto nella sezione precedente "utilizzo odierno dell'idrogeno".

L'altra premessa a questo tipo di economia è che le celle a combustibile sostituiscano i motori a combustione interna e le turbine come mezzi primari per trasformare l'energia chimica in movimento e potenza elettrica. La ragione per aspettarsi questo cambiamento è che le celle elettrochimiche sembrano essere più efficienti rispetto ai motori (che disperdono molta energia sotto forma di calore ed attrito). Al giorno d'oggi le celle a combustibile sono molto costose, ma si lavora per renderle più economiche.

Le pile a combustibile sono sistemi redox (si avvalgono di reazioni chimiche di ossido-riduzione, isolando il flusso di elettroni, e convogliandolo verso motori o altri impieghi), e quindi possono impiegare anche idrocarburi oltre all'idrogeno puro. Se i costi delle celle divenissero competitivi rispetto ai motori diesel e alle turbine, tra i primi utilizzatori ci sarebbero le centrali elettriche alimentate a gas naturale (che sono poco inquinanti). Attualmente le centrali elettriche a gas naturale vengono costruite in gran numero da industrie molto competitive, i loro proprietari possono lavorare con alcune restrizioni operative (come tolleranze non ampie di variazioni di temperatura, basso tasso di salita della fornitura di potenza, ecc.), per loro il problema del rapporto potenza/peso non si pone e anche piccoli guadagni nell'efficienza energetica rappresentano per loro guadagni consistenti. Se la trasformazione del gas naturale in idrogeno per l'impiego nelle "pile a combustibile" si rivelasse economicamente più vantaggioso che bruciare il gas naturale, gli impianti di potenza elettrica a gas lo farebbero progressivamente. Ma non si conosce attualmente che vi sia alcuna discussione concreta su centrali elettriche a celle a combustibile.

L'interesse collettivo verso l'idrogeno è motivato dall'idea di potere utilizzare celle a combustibile nelle auto. Queste possono avere un ottimo rapporto peso/potenza (ma si aggiunge il peso dei motori elettrici), sono più efficienti (ignorando i consumi del processo produttivo) rispetto ai motori a combustione interna, e non producono emissioni dannose. Se potessero essere fabbricate economicamente, le fuel cells, sarebbero economicamente convenienti in una macchina ibrida avanzata (ibrida nel senso che combina le celle a.c. e le batterie da ricaricare direttamente con il solare dei pannelli di un parcheggio, con l'energia elettrica domestica da fonte eolica o da cogenerazione oppure con la corrente di casa).

Se il metano (o meglio il gas naturale) dovesse diventare la principale fonte d'idrogeno, sarebbe più sensato stoccarlo e trasportarlo con serbatoi d'auto speciali, a metano compresso e far funzionare una serie di "reformers" e di pile a combustibile direttamente dal metano. Il sistema risultante impiega l'energia del metano più efficientemente, produce meno CO2 totale, e richiede meno nuove infrastrutture. Un ulteriore vantaggio è che il metano è molto più facile da trasportare e manipolare rispetto all'idrogeno. Il metano impiegato nelle "fuel cells" non deve presentare tracce di metantiolo o etantiolo, che sono sostanze maleodoranti che vengono iniettate nelle distribuzioni di gas per aiutare gli utenti a scoprire subito le perdite. I solfuri responsabili dell'odore infatti provocano l'avvelenamento (o disattivazione) del catalizzatore nella membrana della pila a combustibile. Dal momento che la tecnologia per far funzionare i motori a combustione interna direttamente dal metano è ben sviluppata, poco inquinante, ed allunga la vita del motore, è più probabile che il gas naturale compresso (GNC) venga usato per il trasporto in questo modo piuttosto che in celle a combustibile, almeno nel prossimo futuro.

Il bilancio energetico dell'idrogeno applicato all'autotrazione lo rende ancora svantaggioso rispetto ad altre esistenti tecnologie Con le tecnologie attuali la generazione più efficiente dell'idrogeno mediante reforming ha una efficienza del 75 - 80 %. Altra energia viene persa per comprimerlo e trasportarlo. In totale l'energia spesa per Kg di idrogeno è pari a circa 50 MJ. Dato che l'energia di un Kg di idrogeno è di circa 141 MJ ne consegue che l'efficienza totale arriva al 60% . Il sistema di produzione e distribuzione più efficiente sembra essere quello elettrico, che può arrivare al 95%. I veicoli elettrici possono essere 3 - 4 volte più efficienti di un veicolo ad idrogeno .

Il modo più comune per immagazzinare l'idrogeno (ed in effetti l'unico modo di farlo efficientemente) è quello di comprimerlo a circa 700 bar di pressione (~10,000 PSI). Molti pensano che l'energia necessaria per comprimere il gas sia uno dei problemi nodali irrisolvibili nell'idea di costituire un'economia basata sull'idrogeno. Per esempio, se tutto il mondo impiegasse l'idrogeno molecolare (H2) nelle automobili, un quantitativo massiccio di energia sarebbe richiesto per comprimerlo ed immagazzinarlo, solo parzialmente recuperabile (per esempio tramite "microturbine ad espansione di gas" per la produzione di energia elettrica da impiegare a bordo dell'auto).

Si ritiene che questo tipo di celle a combustibile saranno sempre molto costose, per via dei metalli di cui abbisognano, di solito circa 100 volte tanto per kW di potenza di trazione fornita rispetto ai motori a combustione interna convenzionali. Inoltre è stato prospettato che le automobili alimentate da batterie al litio-ione oppure litio-polimero (come quelle dei telefoni cellulari) siano dei trasportatori energetici più efficienti rispetto a quanto le automobili all'idrogeno potranno mai diventare, e che per le batterie Li-ion manchi soltanto il loro passaggio alla produzione industriale di massa per renderle competitive nei costi.

Esistono altre perplessità riguardo al processo di produzione dell'idrogeno, un processo che può richiedere una fonte d'idrogeno come l'acqua o il combustibile fossile. Il secondo consuma idrocarburi e produce CO2, mentre l' elettrolisi dell'acqua richiede molta elettricità, che attualmente nel mondo (indubbiamente oggi, ma forse non in futuro) viene per lo più generata con combustibili fossili come il gas naturale o l' olio combustibile oppure con l' energia nucleare).

Delle varie forme di energia rinnovabile, l'energia idroelettrica è attualmente la più diffusa ed a buon mercato. L' energia eolica sta lentamente diffondendosi e diventando competitiva (specie nel nord dell' Europa). L'energia solare pur così abbondante ma bisognosa di aree estese (i deserti), ha dei problemi di costo delle celle al silicio amorfo, di durata per le celle polimeriche, e di mancanza di economie di scala per quanto riguarda la produzione e distribuzione. Dunque, attualmente le energie alternative sono da marginalmente più costose a molto più costose rispetto ai combustibili fossili ed al nucleare. In questo, l'attuale tecnologia del combustibile ad idrogeno non può dirsi del tutto indipendente dal gas naturale, a meno che si consideri la possibilità di produrla in modo totalmente nucleare, con la conversione diretta (a circa 1000 °C) dell'acqua nei reattori VHTR.

L'economia a idrogeno può essere vista sotto due profili: da una parte esistono luoghi in cui è disponibile (o si costruisce) un sovrabbondante potenziale di generazione di energia elettrica, dall'altra parte esistono ricche città come Londra, e regioni densamente popolate, che hanno bisogno di generare elettricità inquinando poco (ad esempio con la pila a combustibile) e di alimentare il trasporto pubblico con carburanti a basso tenore di inquinanti.

L'Argentina , e il Cile , potrebbero diventare grandi produttori di idrogeno per elettrolisi, sfruttando l'energia elettrica da eolico della Patagonia e della Pampa. In Cile, il produttore eolico spagnolo Enhol sta investendo 1.000 milioni di dollari per installare circa 250 aerogeneratori su 10.000 ettari, che produrranno una media stimata di 500 Mw (l'eccesso potrebbe essere utilizzato dalla rete elettrica nazionale o tramite elettrolisi in idrogeno).

All'epoca dei velieri veloci clipper, che trasportavano foglie di tè dall'India verso la Gran Bretagna, si sfruttavano i potenti e costanti venti circumpolari antartici dei paralleli "quaranta ruggenti" e dei "cinquanta urlanti". Questi venti sono una risorsa energetica costante, gratuita, potente e sovrabbondante, ma impossibile da convogliare con linee elettriche piu lunghe di 1600 Km. Il potenziale aero-elettrico della zona viene stimato da 100.000 Mw a 1.000.000 Mw (sufficienti per 0,1-1 miliardo di persone con consumi simili a quelli degli italiani). Si stanno costruendo impianti eolici in queste regioni proprio per produrre il prezioso gas idrogeno.

L'autostrada A22 del Brennero dovrebbe diventare nel 2010 la prima autostrada ad idrogeno d'Europa, ovvero dovrebbe attivare una rete di distributori di idrogeno per autotrazione integrata con l'attuale distribuzione di carburanti.

In Danimarca la corrente elettrica prodotta con generatori eolici ha raggiunto lo straordinario obiettivo del 23% del fabbisogno nazionale. Nel maggio 2007 è stata costruita la prima centrale europea a eolico-idrogeno.

Dopo 20 anni di ricerche sull'utilizzo dell'idrogeno in motori a combustione interna, dal 2008 il costruttore BMW comincierà a produrre di serie, la serie 7 Hydrogen. La Hydrogen 7 ha un motore bivalente, ovvero può essere azionato sia a idrogeno liquido che a benzina.

L'Islanda ha deciso di diventare la prima economia all'idrogeno del mondo attorno all'anno 2050 . L'Islanda si trova in una situazione unica: oggi importa tutto il petrolio necessario per alimentare le sue automobili e la flotta peschiera. L'Islanda ha enormi risorse rinnovabili di energia geotermica ed idroelettrica, così tanto che il prezzo locale dell'elettricità prodotta è minore del prezzo degli idrocarburi usati per produrre quell'elettricità.

L'Islanda attualmente converte buona parte della sua elettricità in eccesso in beni esportabili e sostituti degli idrocarburi. Nel 2002, produceva 2000 tonnellate d'idrogeno per elettrolisi, principalmente da trasformare in ammoniaca (NH3), per fertilizzanti . L'ammoniaca viene prodotta, trasportata, ed usata in tutto il mondo, dato che il 90% del costo dell'ammoniaca è quello dell'energia per produrlo. L'Islanda sta anche sviluppando un'industria di estrazione, raffinazione, fusione e profilatura dell'alluminio, con costi che sono principalmente quelli dell'elettricità impiegata. Queste due industrie possono così esportare buona parte (o tutto) il potenziale di elettricità geotermico dell'isola.

Ma nessuno di questi due processi riesce a rimpiazzare del tutto gli idrocarburi. La capitale Reykjavík ha una flotta pilota di autobus che vanno ad idrogeno , e sono in corso ricerche per alimentare i pescherecci della nazione con idrogeno. Praticamente, per esigenze industriali, chimiche ed economiche, è probabile che l'Islanda finisca per importare petrolio di bassissima qualità (e basso prezzo) per poi processarlo con l'idrogeno per renderlo di buona qualità, piuttosto che rimpiazzarlo del tutto.

Dal 2007 a Bologna si stanno sperimentando autobus alimentati da una miscela di metano con idrogeno al 5-15% (miscela nota come hythane o idrometano). La produzione dell'idrogeno, attualmente in sperimentazione da parte dell'Università di Bologna, avviene tramite energie pulite (come quella dei pannelli solari o l'eolico) e dai rifiuti con metodi che sfruttano batteri bio-ingegnerizzati.

Dal giugno 2007 Monopoli ospita l'Università dell'idrogeno, centro d'eccellenza no profit per la formazione, la ricerca e l'informazione sui temi delle nuove energie.

Un progetto pilota per dimostrare la fattibilità di un'economia ad idrogeno è operativo già dal 2004 nell'isola norvegese di Utsira , . L'impianto combina l'energia eolica con la produzione d'idrogeno. Nei periodi in cui si presenta un surplus di energia eolica, l'energia eccedente viene usata per generare idrogeno attraverso l'elettrolisi. L'idrogeno viene stoccato, ed è disponibile per la generazione di energia nei periodi in cui il vento è meno forte.

Il Regno Unito ha completato un programma pilota di celle a combustibile nel dicembre 2005. Iniziato nel gennaio 2004, il programma faceva funzionare due bus a pile a combustibile sulla linea 25 di Londra.

Alcuni fabbricanti di automobili degli Stati Uniti d'America si sono dedicati a sviluppare propulsori dall'idrogeno (in precedenza avevano intrapreso ricerche sui veicoli elettrici in California, un programma oggi del tutto defunto). I critici sostengono che questo "impegno" sia semplicemente uno stratagemma per mettere da parte lo sviluppo di veicoli con motori più efficienti alimentati sia a gasolio, che a benzina che a GPL. La distribuzione dell'idrogeno per usi di trasporto viene attualmente testata in mercati limitati attorno al mondo, specialmente in Islanda, Germania, California, Giappone e Canada.

La spedizione The Hydrogen Expedition attualmente sta lavorando sulla creazione di un'imbarcazione con celle a combustibile alimentate ad idrogeno con lo scopo di circumnavigare il globo, come mezzo per dimostrare la capacità ed affidabilità delle celle a combustibile.

Alcuni ospedali in USA hanno installato celle che combinano l'elettrolisi con la produzione di elettricità per immagazzinare potenza da impiegare in situazioni di emergenza. Queste sono economicamente vantaggiose per le loro basse richieste di manutenzione, l'immediata possibilità di fornire potenza e la possibilità di sistemarle quasi ovunque nell'ospedale dato che sono per nulla rumorose ed inquinanti rispetto ai generatori diesel.

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Economia neoclassica

Con la locuzione economia neoclassica, in economia, ci si riferisce ad un approccio generale alla materia basato sulla determinazione di prezzi, produzione e reddito attraverso il modello di domanda e offerta. Gli individui, in questo sistema, massimizzano una funzione di utilità vincolata dal reddito, e le imprese massimizzano i profitti essendo vincolate dalle informazioni e dai fattori della produzione. La teoria economica prevalente, almeno per quel che riguarda la microeconomia, si rifà alle ipotesi neoclassiche. La scuola neoclassica è spesso chiamata scuola marginalista.

Convenzionalmente, la scuola dell'economia neoclassica si data dal 1871-1874, anni di pubblicazione delle prime opere sistematiche di William Stanley Jevons, Carl Menger e Léon Walras. Il marginalismo combatte sia lo sviluppo marxista del pensiero degli economisti classici sia la scuola storica tedesca dell'economia.

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Source : Wikipedia