Dal Fuoco all'Atomo

Idrogeno

L'idrogeno è estremamente diffuso nei composti naturali e costituisce circa lo 0,9% dell'insieme della crosta terrestre, degli oceani e dell'atmosfera; si trova raramente libero nelle fumarole. E' presente in enormi quantità nel Sole nelle altre stelle.
Da un punto di vista chimico ha tre isotopi: l'isotopo principale, a numero di massa 1, indicato comunemente con H (1H) il cui nucleo è formato dal solo protone, il secondo isotopo è il deuterio ( 2H) indicato comunemente con D il cui nucleo è formato da una protone ed un neutrone, il terzo isotopo è il trizio (3H) indicato con T, il cui nucleo è formato da un protone e due neutroni, radioattivo, lo si può ottenere con reazioni nucleari. Allo stato naturale l'idrogeno è un gas incolore e inodore a molecola biatomica H2..E' il gas più leggero, ha conduttività termica e coefficiente di diffusione più elevati di un altro gas pertanto può diffondere attraverso molti metalli nonché attraverso solidi, come il quarzo ad alta temperatura.
La miscela idrogeno-ossigeno diviene esplosiva se innescata con una fiamma o scintilla (gas tonante) poiché la reazione:
H2 + 1/2 O2 H2O
è fortemente esotermica.

L'idrogeno viene proposto al momento attuale principalmente come una soluzione per l'inquinamento, e per il progressivo esaurimento delle fonti energetiche fossili a livello mondiale.
L'idrogeno non è una fonte di energia ma soltanto un metodo per immagazzinare energia. Non esiste in natura in forma pura: per estrarlo si usano due metodi.

L'elettrolisi utilizza la corrente elettrica per scindere l'acqua in idrogeno e ossigeno. Il catodo attira gli atomi di idrogeno , mentre l'anodo attira l'ossigeno.Ricomponendo l'idrogeno con l'ossigeno dell'aria si riottiene l'acqua e energia in forma di calore o energia elettrica. Questi sono processi molto efficienti che generano un ciclo totalmente sostenibile e ambientalmente pulito.
Attualmente l'idrogeno viene prodotto anche dal "reforming" degli idrocarburi, ovvero dal petrolio: in presenza di vapore un idrocarburo come il metanolo (CH3OH) viene vaporizzato in una camera di combustione ad alta temperatura. Un catalizzatore nel reformer a vapore scinde molecole di combustibile e di acqua per produrre composti costituiti da idrogeno che viene estratto ed inviato ad una cella a combustibile. Questo processo è abbastanza pulito ed è spesso meno inquinante che bruciare direttamente gli stessi idrocarburi nei motori o nelle centrali elettriche. Comunque, l'idea dell'economia basata sull'idrogeno è di utilizzare solo idrogeno ottenuto per scomposizione dell'acqua. Il processo elettrolitico di produzione di idrogeno è noto e ha efficienze abbastanza elevate, dell'ordine dell'70%. Per il momento, l'idrogeno elettrolitico costa ancora troppo caro per essere concorrenziale con l'idrogeno prodotto dagli idrocarburi ma questo potrebbe cambiare a breve scadenza, come risultato per esempio di economie di scala. Esistono anche altri metodi, per esempio la scomposizione termica in appropriati cicli chimici, che potrebbero rivelarsi più convenienti dell'elettrolisi soprattutto sfruttando fattori di scala.
Il modo più efficace per sfruttare l'energia dell'idrogeno è di farlo ricombinare con l'ossigeno a bassa temperatura nelle pile a combustibile ottenendo direttamente energia elettrica. L'idrogeno è anche un combustibile gassoso che si può usare al posto dei combustibili attuali in quasi tutti gli usi comuni. Se è vero che le pile a combustibile sono efficienti è anche vero che sono pesanti e costose per cui in certi casi potrà essere necessario o utile mantenere i vecchi motori termici.
l'idrogeno può essere utilizzato come gas domestico per il riscaldamento e per la cucina. Può essere utilizzato anche come base per fare un gran numero di prodotti indispensabili: medicinali insetticidi e soprattutto fertilizzanti