Sebbene l’idrogeno rappresenti circa il 75% della massa dell’universo, l’innocuo piccolo Elemento 1 nella tavola periodica non è stato facile da scoprire.
Nel 1671, un chimico irlandese di nome Robert Boyle fu il primo a produrre artificialmente il gas estremamente leggero e infiammabile mentre sperimentava ferro e acidi. Ma né lui né molti altri scienziati, che hanno prodotto idrogeno nei successivi quasi cento anni, si sono resi conto che il gas era un elemento separato.
Poi, nel 1766, lo scienziato britannico Henry Cavendish scoprì che l’idrogeno era una “sostanza discreta”, ovvero un elemento a sé stante. Chiamò il gas ” aria infiammabile “e ipotizzò che fosse in realtà identico a una sostanza ipotetica chiamata” flogistone”, che deriva dal greco antico e descrive un elemento simile al fuoco rilasciato durante la combustione. Cavendish, a cui di solito viene dato credito per la scoperta, scoprì anche nel 1781 che il gas produceva acqua quando veniva bruciato.
Ma l’idrogeno è stato dato il suo nome attuale da un altro scienziato, il chimico francese Antoine Lavoisier. Lo ha derivato dal termine greco per acqua, idro, e la parola geni, che significa creatore, perché l’idrogeno “crea acqua” quando brucia.
Qual è il colore dell’idrogeno?
Il gas è incolore, si potrebbe dire immediatamente, il che è vero ovviamente. Ma mentre l’idrogeno è pubblicizzato come il Santo Graal della transizione energetica verde, gli scienziati gli hanno dato tre colori aggiuntivi per descrivere da dove proviene effettivamente il gas.
C’è “idrogeno grigio”, che viene prodotto utilizzando gas naturale. Sfortunatamente per Madre Natura, il processo — ampiamente utilizzato nell’industria petrolchimica e dei fertilizzanti — causa significative emissioni di carbonio. Su scala globale, l’idrogeno grigio è responsabile di quasi il 2% delle emissioni mondiali.
In secondo luogo, e con una minore impronta ecologica, c’è ” idrogeno blu.”È anche basato sul gas naturale, ma contiene CO2 ottenuta da una nuova tecnologia chiamata Carbon Capture and Storage (CCS), che mira a catturare le emissioni di carbonio che normalmente vanno nell’aria e riscaldano l’atmosfera.
E, infine, abbiamo “idrogeno verde”, che è il prodotto dell’elettrolisi dell’acqua utilizzando elettricità rinnovabile, con emissioni nette di carbonio vicine allo zero. L’ovvio grande vantaggio dell’idrogeno verde è che può assorbire l’elettricità in eccesso quando la fornitura di energia eolica e solare supera la domanda. Funzionerebbe a prezzi dell’elettricità molto bassi e persino negativi, rendendo un ottimo business case per la produzione quando sempre più energia rinnovabile arriverà online.
La fisica e la chimica alla base dell’elemento 1
Si ritiene che l’idrogeno sia uno dei tre elementi prodotti nel cosiddetto Big Bang, gli altri sono elio e litio. È l’elemento più abbondante dell’universo, che costituisce il 75% della materia normale in massa e oltre il 90% in numero di atomi. La vita non può esistere senza idrogeno, perché è in quasi tutte le molecole degli esseri viventi.
L’idrogeno è il numero 1 nella tavola periodica, ma può anche essere il numero 1 quando si tratta di frenare l’inquinamento ambientale?
Dobbiamo la maggior parte dell’energia del nostro pianeta all’idrogeno, a causa degli incendi nucleari del sole che convertono l’idrogeno in elio rilasciando enormi quantità di energia. Il primo esperimento di reazione a catena dell’umanità è stato effettuato utilizzando una miscela di gas idrogeno e cloro. Nel 1913, il chimico tedesco Max Bodenstein innescò la reazione a catena nella miscela — anni prima che venisse scoperta la prima reazione a catena nucleare.
L’idrogeno è l’atomo più semplice possibile. Ha solo un protone nel nucleo, che è orbitato da un solo elettrone. È l’unico elemento che non ha neutroni. L’idrogeno liquido ha la densità più bassa di qualsiasi liquido, mentre l’idrogeno cristallino ha la densità più bassa di qualsiasi solido cristallino. Reagisce in modo esplosivo con gli elementi ossigeno, cloro e fluoro.
L’antiidrogeno è l’unico elemento antimateria che è stato fatto finora. Gli scienziati dell’acceleratore di particelle del CERN in Svizzera hanno sintetizzato atomi di antiidrogeno per un massimo di 17 minuti, scoprendo che ogni atomo di antiidrogeno contiene un positrone (versione caricata positivamente dell’elettrone) in orbita attorno a un antiprotone (versione caricata negativamente del protone).
la Germania si rivolge a idrogeno pulito di energia per soddisfare obiettivi “verdi”
Incredibilmente versatile
Nell’industria petrolchimica, grandi quantità di idrogeno sono utilizzati in aggiornamento combustibili fossili, in particolare in un processo chiamato hydrodesulphurization utilizzato per separare il tenore di zolfo nei combustibili.
Inoltre, c’è un processo chiamato idrogenazione e significa che l’idrogeno viene aggiunto a varie sostanze per convertire, ad esempio, i grassi e gli oli insaturi nelle margarine in quelli saturi. Quando combinato con l’azoto, l’idrogeno viene utilizzato per produrre ammoniaca per i fertilizzanti e il gas versatile può persino ridurre i minerali ai metalli.
Grazie alle sue numerose proprietà favorevoli, tra cui bassa densità e viscosità, nonché la più alta conducibilità termica specifica di tutti i gas, l’idrogeno è un refrigerante perfetto nei generatori di centrali elettriche.
Nell’industria dei semiconduttori, l’idrogeno viene impiegato per saturare i cosiddetti legami rotti o “penzolanti” di silicio amorfo e carbonio amorfo che aiutano a stabilizzare le proprietà del materiale.
Per non dimenticare l’idrogeno come fonte di energia. Gli esperti concordano sul fatto che siamo ancora lontani da decenni dall’utilizzare il gas a questo scopo perché lì può svolgere un ruolo solo nell’ipotetico contesto della produzione commerciale di energia nucleare da fusione, una tecnologia attualmente lontana dall’implementazione. L’energia del sole proviene anche dalla fusione nucleare dell’idrogeno, ma questo processo è stato difficile da raggiungere in modo controllato sulla Terra finora.
Un ruolo nel futuro post-carbonio?
Sfortunatamente, produrre idrogeno elementare richiede più energia di quella che si ottiene bruciandolo. Inoltre, la densità di energia per unità di volume è significativamente inferiore a quella dei combustibili fossili tradizionali.
Ma sullo sfondo degli sforzi globali per mitigare i cambiamenti climatici, “idrogeno verde” è ampiamente discusso come un possibile futuro vettore di energia che potrebbe ridurre le emissioni di gas serra.
Nel trasporto, le celle a combustibile, che convertono l’idrogeno e l’ossigeno direttamente in elettricità, potrebbero sostituire il motore a combustione e persino compensare la maggior parte degli aspetti negativi delle auto alimentate a batteria come i tempi di autonomia e ricarica. Per i camion pesanti, la tecnologia sembra essere l’unica alternativa a basse emissioni di carbonio commercialmente valida ai combustibili tradizionali, anche nel trasporto ferroviario.
L’idrogeno verde può anche essere immagazzinato, distribuito e utilizzato come materia prima per l’energia stazionaria e per i settori industriali e manifatturieri come l’industria siderurgica.
Ma nonostante sia un vettore energetico promettente in un sistema energetico a basse emissioni di carbonio, l’idrogeno verde sta ancora affrontando importanti sfide tecniche e commerciali. I suoi svantaggi come la debole efficienza energetica e gli enormi requisiti infrastrutturali potrebbero essere schiaccianti al di fuori di alcuni usi fondamentali.