combustibili

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L'energia dal fuoco che produce acqua

La nostra civiltà si bloccherebbe immediatamente senza combustibili. Bruciando producono calore ed energia e, senza di essi, le case non potrebbero essere riscaldate e le automobili si fermerebbero. Oggi i ricercatori stanno sperimentando l'utilizzo di combustibili meno inquinanti e più rispettosi dell'ambiente rispetto a quelli usati sinora, e una possibile soluzione potrebbe derivare dalle celle a combustibile, funzionanti con l'idrogeno

La combustione

I combustibili sono la fonte più comune di produzione di energia; senza combustibili il nostro mondo sarebbe molto diverso. Queste sostanze bruciano producendo energia termica, ossia calore. La combustione è, dal punto di vista chimico, una rapidissima reazione di ossidazione in cui più sostanze (i combustibili, appunto) si combinano con l'ossigeno dell'aria (il comburente). Questo processo genera anche luce e calore. Durante la combustione si sviluppa anidride carbonica, un gas composto da due atomi di ossigeno e uno di carbonio. È per questo che durante la combustione, oltre all'anidride carbonica (chiamata più propriamente diossido di carbonio) e all'acqua, si ottengono diversi sottoprodotti della combustione, alcuni dei quali inquinanti.

Solidi, liquidi e gassosi

I combustibili possono essere solidi, liquidi o gassosi. Il primo combustibile solido utilizzato fu la legna. Il carbone, un combustibile solido che consente di sviluppare temperature elevate, è stato all'origine della rivoluzione industriale ed è ancora oggi fondamentale per le economie dei paesi industrializzati. Altri combustibili solidi utilizzati sono la torba, la lignite, e l'antracite, ma in realtà qualunque sostanza che contenga una quantità sufficiente di carbonio, e che si possa ossidare facilmente, può essere utilizzata come combustibile: così ancora oggi diverse popolazioni utilizzano gli escrementi essiccati delle loro mandrie per scaldarsi. Vi sono poi combustibili solidi ottenuti artificialmente come il carbone di legna, ricavato dalla combustione della legna in presenza di poca aria, e il coke, prodotto per riscaldamento del carbone in un ambiente privo di aria.

Il combustibile liquido per eccellenza è il petrolio, un materiale naturale da cui si ricavano la benzina, il gasolio e un'infinità di altri prodotti.

Vi sono poi combustibili gassosi, come per esempio il metano, il propano e il butano che, in forma compressa e liquefatta, costituiscono il gas delle bombole.

L'oro nero

Il petrolio, chiamato anche oro nero, costituisce contemporaneamente la forza e la debolezza delle economie sviluppate. Infatti è una materia prima essenziale per le industrie, i trasporti o la produzione di energia elettrica, ma non è distribuito uniformemente su tutto il Pianeta. Si concentra in alcuni enormi giacimenti in Medio Oriente, in alcuni paesi africani come la Nigeria, o nel Mare del Nord. Il petrolio è all'origine di molte guerre che sono state combattute per acquisire il controllo dei campi o degli oleodotti. Più recentemente, le due guerre contro l'Iraq di Saddam Hussein hanno avuto tra le loro cause anche quella del controllo dei pozzi petroliferi.

Combustibili rispettosi dell'ambiente

Ogni processo di combustione produce sostanze inquinanti, e soprattutto anidride carbonica, uno dei gas responsabili del cosiddetto effetto serra (clima). Questo fenomeno fa sì che il calore ricevuto dal Sole rimanga intrappolato in quantità eccessive nella nostra atmosfera, contribuendo al temuto aumento della temperatura media del nostro pianeta. In particolare, la combustione del petrolio diffonde nell'atmosfera in brevissimo tempo grandi quantità di diossido di carbonio, immagazzinate dagli organismi da cui si è formato il petrolio stesso nell'arco di intere ere geologiche per effetto della sintesi clorofilliana.

Un'alternativa più rispettosa dell'ambiente sono alcuni combustibili naturali, le biomasse, come per esempio gli scarti della lavorazione del mais, materiali che altrimenti andrebbero tra i rifiuti. Anche questi materiali, bruciando, liberano anidride carbonica, tanta quanta precedentemente le piante di mais avevano assorbito dall'atmosfera, così come avviene per il petrolio. Ma il ciclo dell'anidride carbonica dei vegetali è più breve di quello legato alla fossilizzazione. In altre parole, il diossido di carbonio prodotto dalla combustione delle biomasse può essere riassorbito grazie alla crescita di nuova piante che poi possono essere utilizzate come combustibili, e il tutto rimane all'interno del normale ciclo dei vegetali. Con il petrolio, invece, si immettono in tempi brevissimi quantità enormi di anidride carbonica che gli organismi vegetali non saranno mai in grado di assorbire. Negli ultimi tempi si tende anche a utilizzare combustibili meno inquinanti; per esempio nelle benzine sono state ridotte le presenze di piombo e di fosforo. Automobili con un minore impatto ambientale sono quelle che usano al posto della normale benzina il metano o GPL (gas di petrolio liquefatto). In alcuni casi è possibile produrre gas combustibile utilizzando batteri che digeriscono le sostanze organiche e danno, come prodotto del loro metabolismo, metano o etanolo.

Celle a combustibile

Le celle a combustibile, chiamate in inglese fuel cells, rappresentano una delle strade più promettenti per la produzione di energia pulita. Queste celle funzionano trasformando l'energia chimica dei combustibili in energia elettrica. In tali celle il combustibile è costituito normalmente da idrogeno (o anche metanolo o etanolo) e il comburente è l'ossigeno puro o l'aria. Le celle sono composte di due elettrodi separati da un materiale elettrolita, che conduce quindi elettricità. Dal punto di vista teorico, il processo che avviene è molto semplice. L'idrogeno e l'ossigeno si combinano tra loro producendo acqua. Poiché nella reazione avviene uno scambio di elettroni, si produce corrente elettrica. Tuttavia, dal punto di vista pratico un problema importante, non ancora definitivamente risolto, è dato dalla produzione e dall'immagazzinamento dell'idrogeno, un gas non semplice da estrarre e da conservare nella forma liquida indispensabile per l'utilizzo nelle celle. Si ritiene che l'idrogeno abbia tutte le carte in regola per diventare uno dei combustibili del futuro, perché è una fonte di energia rinnovabile e perché un motore che producesse solo acqua potrebbe risolvere molti dei problemi collegati all'inquinamento delle grandi città.

Zucchero, pane, pasta e… batteri

Anche i batteri possono essere utilizzati per produrre energia sotto forma di idrogeno e non è lontano il momento in cui saranno poste in commercio pile funzionanti… a batteri. Alcuni prototipi sono già stati realizzati e utilizzano come combustibile le acque di scarico delle industrie e delle abitazioni. Per ottenere questo risultato ci si serve del metabolismo di batteri, come per esempio Escherichia coli, un microrganismo estremamente diffuso e presente nel nostro intestino. Questi microrganismi si nutrono di zucchero e carboidrati e, in un ambiente privo di ossigeno, possono produrre idrogeno come risultato del loro metabolismo. Le pile realizzate in questo modo possono utilizzare come combustibile anche il glucosio, oppure l'amido, un componente largamente presente nei cereali e in molti altri alimenti, o ancora il metanolo o l'etanolo.

I combustibili nucleari sono combustibili?

I combustibili nucleari sono i materiali utilizzati all'interno dei reattori nucleari. Si tratta generalmente di uranio e plutonio. In realtà, la reazione che avviene all'interno delle centrali nucleari non è di combustione, e quindi i materiali radioattivi non dovrebbero essere chiamati propriamente combustibili in quanto non bruciano. Tuttavia, il termine combustibile è oramai associato a quello di sostanze che producono energia, e le reazioni nucleari ne forniscono davvero tanta. Vi sono paesi che utilizzano in maniera intensiva le centrali nucleari per la loro produzione energetica, e tra questi citiamo la Francia e gli Stati Uniti.