Strategie e metodi per la produzione biologica di idrogeno

1 1. Introduzione: rilevanza della produzione biologica di idrogeno Nella continua ricerca di fonti energetiche sostenibili, ci si è resi conto che l’unica fonte di energia virtualmente inesauribile è il Sole. Ad eccezione della geotermia e delle maree, tutte le fonti di energia rinnovabile sono in realtà alimentate dal Sole: il fotovoltaico, le centrali idroelettriche (che sfruttano l’energia potenziale di acqua che è stata spostata in altezza dal calore del Sole), le centrali eoliche (che sfruttano correnti di aria mosse dal calore del Sole), le biomasse (che utilizzano materiali frutto di attività fotosintetiche). Sulla Terra, la disponibilità intermittente della luce solare, dovuta alla rotazione del nostro pianeta, alle stagioni e ai fenomeni metereologici, crea però non pochi problemi relativi al suo accumulo per un successivo utilizzo. Anche la vita mostra di essersi evoluta adattandosi all’alternanza giorno-notte, alla disponibilità alternata di energia solare. Spesso non ci si rende conto che anche combustibili comunemente impiegati, come la legna o i combustibili fossili (carbone, petrolio e gas naturale), costituiscono di fatto una riserva di energia solare, accumulata sotto forma di legami chimici milioni di anni fa. In modo analogo oggi si cercano nuovi metodi per accumulare nei legami chimici l’energia solare (Lewis 2006). Fra questi, la tecnologia fondata sull’idrogeno (H 2 ) sembra la più promettente, anche in termini di impatto ambientale. Infatti l’unico prodotto dell’ossidazione dell’idrogeno è l’acqua, onnipresente sul nostro pianeta e negli organismi viventi, e pertanto considerata meno pericolosa dei prodotti dei sistemi attuali di produzione energetica. Il fatto che, come l’anidride carbonica (CO 2 ), anche il vapor acqueo sia un gas ad effetto serra (Filippini 2001) sembra trascurabile, soprattutto se si pensa che 1) esso è già presente in natura in grandi quantità e che 2) una tecnologia fondata sull’idrogeno comporterebbe un equilibrio fra l’acqua immessa nell’ambiente e quella sottratta per la sua produzione, a differenza dell’utilizzo di combustibili fossili che comporta solamente un continuo rilascio di gas di scarico. Rimangono tuttavia alcuni problemi tecnici da risolvere, fra cui quelli ingegneristici riguardanti lo stoccaggio, il trasporto e la distribuzione dell’idrogeno; ma il problema che probabilmente ne limita maggiormente l’uso riguarda la sua produzione su larga scala a costi ragionevoli. Fra le tecnologie oggi disponibili (AAVV 2002), la più diffusa si basa sull’ossidazione di idrocarburi (metano, idrocarburi leggeri, frazioni pesanti, gas di raffineria) con ossigeno e/o acqua, per ricavare idrogeno molecolare: C n H 2n+2 + n/2 O 2 Æ n CO + (n+1) H 2 C n H 2n+2 + n H 2 O Æ n CO + (2n+1) H 2