Nuove tecnologie - La profezia di Rifkin

Rivoluzione prossima ventura

Prodursi l'energia in casa, grazie all'acqua e al sole, viaggiare su auto elettriche a emissioni zero. Questo e molto altro nell'ultimo libro di Jeremy Rifkin: Economia all'idrogeno, dove si prospetta il completo abbandono dei combustibili fossili per rifondare una civiltà "pulita", basata sull'idrogeno. Lo commenta un tecnico del settore.

di Luca Boarino
Fisico dell'Istituto Elettrotecnico Nazionale Galileo Ferraris di Torino. È primo tecnologo presso il settore Nanotecnologie e Microsistemi dello stesso Istituto.

Immaginate che tra 10-20 anni tutte le fonti di combustibile fossile del pianeta non siano più in grado di soddisfare il fabbisogno mondiale (e non tra 50 o 70 anni come si è sempre prospettato negli ultimi tempi). Provate a pensare che i rapporti con i paesi arabi produttori di petrolio degenerino irrimediabilmente in seguito alla guerra al terrorismo che gli Usa hanno dichiarato dopo l'11 settembre 2001.
Un panorama analogo a quello che forse ricordano i lettori sopra i quaranta, l'austerity del 1973 (che ha dato il primo disastroso colpo al debito dei paesi poveri): code interminabili ai distributori di benzina, week-end a piedi, targhe alterne anche al di fuori dei centri urbani, prezzi che si impennano e libertà di movimento limitata a un raggio di pochi chilometri.
E se capitasse davvero? L'ultimo libro di Jeremy Rifkin, Economia all'idrogeno (Mondadori, 17,50 euro), prospetta tutto questo ma anche molto di più: la possibilità cioè di rifondare la nostra società a partire dai presupposti di democraticità che un'economia non più basata sul petrolio, ma sull'idrogeno, potrà fornirci tra non molto.
Ripercorrendo il cammino dell'umanità e il modo in cui le fonti di energia hanno favorito la nascita e la caduta delle civiltà, Rifkin identifica nell'economia del petrolio (la cupidigia degli uomini resta sottintesa) la maggiore fonte dei problemi globali, dalla povertà all'effetto serra causato dalle emissioni di CO2, che non sono altro che il residuo della combustione degli idrocarburi.
La sua analisi storica ed economica si spinge fino alla valutazione dell'attacco dell'11 settembre 2001, considerando l'incognita islamica, le prospettive di un futuro basato sulle fonti di energia tradizionali, idrocarburi e gas naturale, e le conseguenze dell'annunciato disastro globale, causa effetto serra. Effettivamente, alla luce di ciò che sperimentiamo quotidianamente nelle nostre città, non è difficile trovarsi d'accordo con Rifkin. L'unico dubbio è sui tempi richiesti ad arrivare al collasso globale.

La ricetta di Rifkin

In concreto, la rivoluzione energetica prospettata dall'economista americano si basa sulla diffusione capillare di celle a combustibile alimentate a idrogeno. Le celle a combustibile sono simili a batterie e possono utilizzare vari tipi di carburante per generare energia elettrica. Ma, a differenza delle batterie convenzionali che impiegano prodotti chimici i quali, una volta esaurita la propria capacità di produrre elettricità, non possono essere sostituiti, le celle a combustibile convertono invece l'energia chimica dei combustibili a base di carbonio o di idrogeno in energia elettrica, e funzionano finché viene fornito tale combustibile. Per chi ha qualche simpatia per la chimica, si può dire che le celle funzionano sull'esatto principio inverso dell'elettrolisi, generando elettroni (e quindi corrente elettrica) se si forniscono idrogeno e ossigeno ai due elettrodi.
In ogni caso, il principio di funzionamento, basato su una reazione chimica, e non su una combustione, fornisce rendimenti decisamente superiori a quelli delle macchine termiche e dei motori a scoppio. Altro vantaggio è che i prodotti di reazione sono corrente elettrica e acqua: un aspetto di notevole interesse per le comunità del Sud del mondo, che con questa tecnologia potrebbero ottenere energia elettrica e acqua anche lontano da qualunque rete idrica o elettrica.

Riconversione totale

Nel libro l'autore propone varie soluzioni che potrebbero essere (e stanno effettivamente diventando) convenienti per passare ad un'economia completamente basata sull'idrogeno. La strada è costituita da un'infinità di sentieri e biforcazioni che portano comunque a una completa e necessaria indipendenza dai combustibili fossili. Un esempio? Una massiccia riconversione dell'industria automobilistica verso motori elettrici alimentati da celle a combustibile (di questi giorni l'annuncio al salone di Parigi di un'automobile con celle a combustibile alimentate a idrogeno della General Motors). In questo caso le automobili potrebbero servire da piccole centrali di energia casalinghe distribuite sul territorio.
Inoltre, l'accoppiamento delle fonti di energia alternative - che stanno raggiungendo rendimenti validi anche dal punto di vista economico - quali il solare, l'eolico, le biomasse e i gas naturali per la produzione di idrogeno mediante elettrolisi potrebbero, in un futuro a medio termine, svincolare piccole comunità ma anche intere nazioni dal petrolio e derivati (l'Islanda, ad esempio, ha addirittura iniziato un programma decennale per esportare energia a idrogeno verso i paesi Cee).
Restano da risolvere problemi apparentemente insormontabili, quali la sicurezza degli impianti, la distribuzione e l'immagazzinamento su larga scala dell'idrogeno, e i costi ancora non competitivi delle celle a combustibile e di tutti i prodotti che le utilizzano, ma anche per questi problemi Rifkin non manca di indicare le soluzioni.

Democrazia energetica

E qui si arriva al punto cruciale del momento tecnologico che stiamo vivendo: la possibilità di cambiare profondamente il modo di gestire l'energia, mediante il principio della cosiddetta "Generazione Distribuita". Quest'ultima stravolge la logica convenzionale di distribuzione energetica, e i primi segnali verso una transizione a tale rivoluzionario sistema vengono proprio dagli Usa, dove la deregulation in campo energetico è già stata avviata da parecchi anni, ed è regolamentata dall'Energy Policy Act che ha consentito ai piccoli produttori indipendenti di energia di sfidare i colossi del settore mediante tecnologie su scala ridotta e sfruttando le nicchie di mercato. Il futuro prospettato da Rifkin è quello di poter generare energia mediante celle a combustibile e vendere il surplus del fabbisogno con l'aiuto di Internet o di tecnologie digitali integrate nella rete di distribuzione elettrica stessa, acquisendo in tempo reale le quotazioni del gas naturale e dell'elettricità al momento della vendita. Persino gli analisti più cauti del settore prevedono che in futuro la Generazione Distribuita coprirà il 30% dell'intero fabbisogno energetico degli Stati Uniti.
In realtà i problemi non mancano. Oggi una centralina di generazione basata su celle a combustibile costa circa 3000 euro al Kilowatt. Si prevede che effetti di economia di scala ne ridurranno il costo fino a 500 euro al Kw nei prossimi anni, ma il fatto che queste tecnologie possano diventare competitive con le fonti tradizionali dipende dai singoli e dalle collettività, dato che i governi lungimiranti sono rari.

L'Internet dell'idrogeno

Secondo la visione di Rifkin tutti questi fattori di innovazione porteranno alla creazione di quella che l'autore chiama l'Hydrogen Energy Web, in stretta analogia e connessione al World Wide Web dell'attuale rete dell'informazione, offrendo così l'allettante occasione di rifondare completamente la democrazia energetica del globo, ma ad una condizione. Che fin da ora le comunità locali, le cooperative e le associazioni no profit acquisiscano competenze e posizioni a favore di un tale drastico cambiamento.

Celle a combustibile

La prima cella a combustibile fu costruita nel 1839 da Sir William Grove, un giudice gallese e scienziato per hobby. Il serio interesse per le celle a combustibile quali generatori di energia non sorse però prima degli anni '60, con i programmi spaziali che adottarono questa tecnologia a scapito del nucleare, di maggior rischio, e del solare, più costoso.
Tutti i veicoli spaziali dei programmi Gemini, Apollo e - tuttora - dello Space Shuttle utilizzano con successo questa tecnologia.

In concreto, la cella a combustibile è un generatore elettrochimico alimentato da un combustibile (tipicamente idrogeno, alcool o metano) e un ossidante (ossigeno o aria), e da cui si ricavano corrente elettrica continua, acqua e calore.
Come tutti gli elementi voltaici, essa è composta essenzialmente da due elettrodi, catodo e anodo, e da un elettrolito che permette la migrazione degli ioni.
Il combustibile e i gas ossidanti lambiscono rispettivamente l'anodo e il catodo sulle facce opposte a quelle in contatto con l'elettrolito. Data la porosità degli elettrodi, vengono in questo modo continuamente alimentate le reazioni di ossidazione del combustibile e di riduzione dei gas ossidanti.
Un aspetto di importanza fondamentale per le applicazioni delle celle a combustibile è rappresentato dal fatto che gli effluenti (acqua e gas esausti), che vanno continuamente rimossi dalla cella, non contengono sostanze inquinanti.

Componenti di una cella a combustibile

La figura mostra l'idrogeno gassoso pressurizzato (H2) che entra nella cella dal lato dell'anodo. Quando una molecola di idrogeno entra in contatto con il platino sul catalizzatore, si scinde in due ioni H+ e due elettroni (e-). Gli elettroni sono condotti attraverso l'anodo fino a raggiungere il circuito elettrico esterno (dove possono svolgere lavoro utile come alimentare un motore) e poi ritornano al catodo della cella.
Allo stesso tempo, al catodo, l'ossigeno (O2) presente nell'aria è forzato a scorrere attraverso il catalizzatore, dove viene scisso in due ossigeni atomici estremamente reattivi e carichi negativamente. Questa carica attrae gli ioni H+ attraverso la membrana, e avviene la ricombinazione con gli elettroni che tornano dal circuito esterno e che dà come prodotto l'acqua (H2O).
Questa reazione in una singola cella produce circa 0.7 volts.
Per incrementare la tensione a livelli accettabili, le singole celle vengono impilate a formare una "stack", o catasta e collegate in serie. Le celle a Pem operano a relativamente bassa temperatura (80 gradi Celsius) il che significa un riscaldamento rapido e l'assenza di strutture d'isolamento o contenimento.
In genere un impianto a celle a combustibile è composto, oltre che dal modulo elettrochimico, anche da un convertitore di corrente (inverter) e da un trasformatore, che convertono la corrente continua generata dalla pila in corrente alternata alla tensione e alla frequenza desiderate.