Il "Nirvana" dei pannelli solari

Grazie a una segnalazione, ho letto il folle articolo intitolato “La Rivoluzione dall’Energia Solare: Sole + Acqua = Idrogeno. Daniel Nocera Illumina il Mondo con la Sua Invenzione che Ricrea la Fotosintesi in Modo Artificiale. Energia Solare per Produrre Idrogeno” (giuro che il titolo è quello...)

L’articolo è scritto malissimo e presumibilmente tradotto ancora peggio dall’inglese; dal modo in cui è scritto, si capisce benissimo che l’autore non ha la minima idea di come funzioni ciò di cui parla, ma mistifica e pontifica a piacere. Lungi da me perdere tempo a commentare riga per riga, vorrei soltanto riassumere brevemente di che cosa parla a livello tecnico, mostrando qual è la reale portata della scoperta.

A quanto si legge dal sito del Massachusetts Institute of Technology , il Prof. Daniel Nocera, docente di chimica al MIT stesso, ha ideato e realizzato un particolare tipo di catalizzatore per effettuare l’elettrolisi dell’acqua, ricavandone idrogeno e ossigeno. La cella funziona immergendo una coppia di elettrodi, l’uno costituito da ossido di stagno e indio e l’altro ricoperto di platino, in una soluzione acquosa di cobalto e fosfato di potassio. Applicando una differenza di potenziale, gli ioni cobalto, potassio e fosfato si accumulano sul primo elettrodo, formando così il primo catalizzatore, che ossida l’acqua liberando ossigeno gassoso e ioni di idrogeno. Gli ioni H⁺ sono poi attratti dall’altro elettrodo e, grazie al platino che lo ricopre, si trasformano in idrogeno gassoso.  Notevole è il fatto che, anche se il catalizzatore al cobalto e fosfato tende ovviamente a consumarsi, la differenza di potenziale ne accumula continuamente di nuovo, traendolo dalla soluzione e ripristinando quello consumato sull’elettrodo.


L’importanza del catalizzatore di Nocera può essere compresa considerando il maggiore problema che affligge i pannelli solari oggi: la limitatissima disponibilità della fonte. A tal proposito, diversi ricercatori in tutto il mondo stanno investendo da anni tempo e sforzi nel tentativo di realizzare una cella elettrolitica in grado di generare idrogeno, a partire da una soluzione acquosa, alimentata da un pannello fotovoltaico o da altre fonti rinnovabili. Ciò consentirebbe di accumulare sotto forma di combustibile l’energia prodotta durante il periodo di disponibilità della fonte (per il solare: di giorno e con buone caratteristiche di insolazione), per poi sfruttarla quando la fonte non è più disponibile in quantità sufficiente (per esempio di notte) tramite una cella a combustibile. Finora, ciò non è stato possibile a causa della grande quantità di energia richiesta per estrarre l’idrogeno dall’acqua, che di fatto permetteva di impiegare i debolissimi pannelli fotovoltaici solamente affiancandoli a potenti e costosissimi catalizzatori al platino, che oltretutto si consumavano piuttosto velocemente.


Insomma, per riassumere la questione: finora lo stoccaggio sotto forma di idrogeno dell’energia elettrica prodotta tramite fotovoltaico è stata tecnologicamente molto sconveniente (leggi impraticabile) per ragioni di 1) costo esorbitante della cella elettrolitica e consumo rapido dei catalizzatori, 2) costo elevato dei pannelli, 3) pesante impatto ambientale nella costruzione e nello smaltimento dei pannelli, 4) costo energetico elevatissimo dei pannelli, 5) produzione di energia ridicolamente bassa causa rendimenti bassi e scarsa disponibilità della fonte, 6) enormi problemi di sicurezza ed affidabilità dello stoccaggio dell’idrogeno . Ora, grazie alla interessante scoperta del prof. Nocera (e del suo collaboratore postdoc Matthew Kanan, che naturalmente nessuno considera mai…),  è stato possibile ridurre (diciamo pure eliminare…) dalla lista precedente il punto 1). Sicuramente la scoperta è un importante passo avanti verso l’energia pulita; certo sostenere che “Questo è il Nirvana di ciò che abbiamo immaginato per anni” e “Ora invece si può seriamente pensare ad un utilizzo dell’energia solare illimitato.” è un po’ come dire che, visto che l’uomo ha mandato dei robot sul pianeta Marte, domani possiamo partire anche noi per trascorrerci le vacanze.  La realtà è purtroppo molto diversa, ma non è mistificando una scoperta scientifica e traducendo malamente con google  un pessimo brano in inglese che si aiuta la ricerca scientifica a garantirci un futuro migliore.



AGGIORNAMENTO 21/02/2011, h 22:16
Ho letto in questi giorni su Le Scienze di febbraio un interessante articolo di Antonio Regalado dal titolo "Reinventare la foglia", nel quale si legge (a pag. 84) "Anche altri gruppi sono alla ricerca di catalizzatori, tra cui quello di Daniel G. Nocera del Massachussetts Institute of Technology", che nel 2008, insieme ad un collaboratore, ha trovato una combinazione poco costosa di gruppi fosfato e cobalto che può catalizzare la produzione di ossigeno, necessaria della reazione di scissione dell'acqua. Benchè il loro dispositivo rappresentasse solo un pezzo del puzzle - non avevano trovato un catalizzatore migliore per produrre idrogeno - il MIT ha salutato l'evento come un grande balzo verso la fotosintesi artificiale e Nocera ha cominciato a prevedere che gli statunitensi avrebbero presto sfruttato l'idrogeno per le loro automobili usando un affidabile equipaggiamento casalingo.
Queste audaci dichiarazioni non sono piaciute ad altri esperti della tecnologia cella solare-cella a combustibile, secondo cui le ricerche dureranno ancora decenni"(Copyright 2011 Le Scienze)

OT: le bufale in astronomia

Brevissimo Out Topic: segnalo un articolo molto interessante e ben scritto su La Stampa di ieri, a firma dell'ottimo Piero Bianucci, che prende in esame la drammatica situazione di ignoranza diffusa e mistificazione della scienza che affligge parte consistente dei giornalisti del nostro paese. Il link all'articolo è qui.
Al pari della tartassata astronomia, anche l'energetica pullula di venditori di fumo, capaci soltanto di sbraitare slogan semplicistici pur non avendo la minima idea di come realmente funziona ciò di cui parlano.

Turismo Radioattivo

Leggo con interesse l'articolo di Repubblica viaggi sull'intenzione del governo ucraino di annoverare il sito della tristemente famosa centrale di Chernobyl tra le "attrattive turistiche" della zona.
A parte le possibili reazioni indignate di chi ritiene questa l'ennesima trovata in barba alla memoria per i morti e feriti del celebre incidente, leggendo bene l'articolo è possibile rilevare almeno un grossolano errore.

Attenzione: non ho avuto tempo di verificare la notizia in sè, mi limito a segnalare quanto segue.

Ad un certo punto si legge che "[...] è il più grande disastro nucleare, almeno civile, della storia, con decine di morti diretti, 4 mila decessi accertati nella zona, per patologie correlate, e centinaia di migliaia che si pensa siano da attribuire alla fuoriuscita di materiale radioattivo, [...]". Ebbene, come ampiamente dimostrato sia dai dati dell'Organizzazione Mondiale della Sanità nell'aggiornamento del 2006 che dal consorzio del Chernobyl Forum di Wikipedia, in realtà gli unici decessi accertati furono quelli dei 3 operatori della centrale, dei 28 emergency workers morti nell'86 e dei 19 emergency workers deceduti successivamente, le cui morti tuttavia "non sono necessariamente, e in alcuni casi certamente no, direttamente imputabili all'esposizione alle radiazioni"(stessa fonte).

Oltre a questi, sono stati segnalati 4000 casi di tumore infantile alla tiroide in eccesso rispetto alla media precedente al disastro e nel periodo fino al 2002, che causarono tuttavia "solo" 15 decessi grazie all'altissimo tasso di guarigione di questo tipo di neoplasia, reso ancora più elevato dai controlli medici diagnostici a tappeto.
Poi ci sono 4000 casi di tumore che sono stati stimati sulla base della popolazione totale (6.000.000 di abitanti, fonte wikipedia) interessata in qualche modo dall'incidente estrapolando una tendenza (sulla base della relazione dose-danno nota) negli 80 anni che seguono dall'incidente (su una base di 1.500.000 morti totali per tumore che si stima si avranno per altre cause nello stesso periodo e sulla stessa popolazione). Presumo sia a questi ultimi che fa riferimento, grossolanamente, La Repubblica...c'è tuttavia una bella differenza tra ciò che è accertato e ciò che è stimato sulla base di un calcolo matematico, o sbaglio?

Senza voler introdurre il toto-incidente, gradirei inoltre ricordare che il peggior incidente industriale della storia, avvenuto a Bhopal (india) nel 1984, fece 3.787 morti immediati ed accertati (stime parlano di circa 15000!) + intossicazioni gravi a centinaia di migliaia di persone (eppure non se ne parla mai...) e contaminazione di una vasta area di terreno; al confronto di una tale ecatombe, onestamente, il pur gravissimo Chernobyl esce pesantemente ridimensionato.

Da ultimo, segnalo a chi fosse interessato all'aspetto "turistico" sollevato dall'articolo il blog di Elena Filatova per le foto ed i reportage molto interessanti sulla zona di esclusione. Comunque la si pensi, si tratta di una zona del mondo dalle peculiarità uniche (...e ci auguriamo rimangano tali).

Il batterio dei miracoli

Ultimamente il lavoro mi ha completamente assorbito, tuttavia torno alla carica perchè sono veramente stufo della pseudoscientificità di alcune riviste. 

Nel numero 7 di Newton (settembre 2010) c’è un articolo dal titolo “La carica dei batteri”, a firma di Fabio Marzano. Nel paragrafo “Uranio ed erbicidi” a pag 34 si legge:

“Nei pozzi petroliferi, però, si sviluppano anche altre colonie di batteri, sperimentati di recente nelle tecniche di biorisanamento da metalli pesanti. Un gruppo di ricercatori della University of Missouri ha selezionato il Desulfovibrio vulgaris, un batterio mangia-uranio, in grado di rendere inerti le scorie radioattive. Sono microorganismi solfo-riduttori, in grado di “attaccare” i rifiuti nucleari e di ridurli minerali. Si trovano in ambienti diversi: dal corpo umano alle acque salate e dolci.

Gli scienziati sono oggi al lavoro per sequenziarne il codice genetico e ricostruirne il metabolismo, ma l’obiettivo futuro è identificare tutti i fattori che ne influenzano la crescita per ricreare in laboratorio una specie che si adatti a sopravvivere in condizioni critiche come quelle all’interno di una miniera di uranio. I batteri solforiduttori servono anche per bonificare le acque da altri metalli pesanti come mercurio, arsenico, cloro e piombo. [continua...]”

Alcuni commenti:
1) Stando alla wikipedia, il desulfovibrio vulgaris è un batterio che passa la sua giornata a ossidare i composti organici o l’idrogeno molecolare, riducendo i solfati in solfiti. In altre parole, questo simpatico essere monocellulare trae l’ossigeno dai composti dello zolfo e lo passa a composti del carbonio o dell’idrogeno. Non vedo a quale titolo questo batterio possa essere definito “batterio mangia-uranio” visto che per il momento l’uranio non c’entra davvero nulla.

2) Non capisco come le condizioni di una miniera d’uranio possano essere definite “critiche” visto che si tratta solitamente di cave a cielo aperto, cioè semplicemente zone di terreno aperto con una concentrazione di Uranio leggermente più elevata della media... O forse chi scriveva l’articolo di Newton non ha la minima idea di come sia fatta una miniera d’uranio (ved. l’espressione “all’interno”)? Già perchè aprire google, cliccare “immagini” e scrivere “uranium mine” evidentemente è troppo difficile...

3) Le scorie nucleari sono costituite da ogni sorta di elementi chimici in ogni tipo di isotopo; la percentuale di uranio lì dentro, pur elevata, costituisce ben poca parte della radioattività totale.  E allora come farebbe mai il nostro amico batterio a rendere inerti le scorie riducendo gli ossidi di uranio? Qualcuno spiega a questi signori che la radioattività è un fenomeno che proviene dal nucleo dell’elemento? E che l’ossido di uranio è esattamente tanto radioattivo quanto l’uranio metallico?

E Newton vorrebbe essere la rivista di divulgazione scientifica italiana? Signori, forse è meglio smetterla di riempirsi la bocca di termini che non si conoscono e mettersi ad approfondire a dovere le notizie.

Il treno dei desideri

Leggo sul blog de Il fatto quotidiano di qualche giorno fa un invito a “far deragliare” il treno del nucleare, cioè a far naufragare l’iniziativa nucleare italiana.

Tanto per cominciare, il primo fatto concreto e comprensibile che si legge nell’articolo arriva non prima del fondo della riga 11 nel terzo capoverso (“Spiegare che si lavora per un prossimo nucleare sicuro significa ammettere che quello attuale non lo è. Ed equivale a impedire che si realizzi un sistema energetico già disponibile, alternativo alle infrastrutture degli affari, decentrato, rinnovabile, integrato nei cicli naturali, governato democraticamente.”). Prima di allora è puro delirio, un minestrone di presunta sapienza infusa di chi scrive, domande lecite cui non viene data risposta (“Perché mai i leader di governo occidentali [...] ridanno attualità al nucleare?”) e dozzinalismo degno del peggior giornalismo-spazzatura (“che dovrebbe piazzare impianti e scorie dalla pianura padana alle coste adriatiche e tirreniche”).

La frase citata come primo fatto concreto deve essere corretta in un paio di punti: prima di tutto c’è il solito concetto distorto di sicurezza. La sicurezza non è un bollino che possiamo mettere su un oggetto, bensì un modo di considerare la tecnologia e di raffinarla per garantire livelli di rischio sempre minori. In altre parole, nessuna tecnologia è “sicura” o “non sicura”, ma esistono gradi differenti di rischio per tutto. L’unica differenza dell’energia nucleare rispetto alle altre tecnologie moderne (in ogni ambito) è che per essa il rischio viene valutato e classificato (e perciò ridotto a soglie considerate “accettabili”), mentre per tutte le altre tecnologie non c’è semplicemente idea di quali rischi comportino.

Il secondo errore è considerare le fonti rinnovabili di energia in alternativa a quella nucleare. È un po’ come chidersi “mi compro un’automobile o una bicicletta?” Risposta: dipende da che uso ne devi fare. Le fonti rinnovabili sono ottime per produrre poca energia con una pronta disponibilità, facilmente regolabile e ideali per coprire i picchi di domanda in modo ecocompatibile. L’energia prodotta dai grandi produttori nucleari e termoelettrici è invece fondamentale per coprire le enormi esigenze quotidiane della gran parte del paese, specialmente quando le fonti rinnovabili, capricciose e incostanti, non sono in grado di produrre (è notte, non c’è vento, ecc).

Per quanto riguarda i costi, sinceramente non ho ben capito il problema: si continua, ovunque, a dire che il nucleare non è più economico (molte fonti sembrano sostenerlo; il discorso è complesso, ci sono ad esempio vantaggi nell’avere il costo molto più legato agli investimenti d’impianto che alle fluttuazioni del costo del combustibile, ma in generale è facile dimostrare che i costi sono assolutamente paragonabili a quelli attuali). Salvo poi sostenere che “non è mai sufficiente ripetere che i prezzi italiani dei consumi domestici [...] sono mediamente inferiori del 4% ai livelli medi europei per consumi popolari.” E quindi? Siamo allineati all’europa sulle bollette, il nucleare ci costa come il termoelettrico...dov’è il problema? Perché non dovremmo cercare di rientrare in un filone di tecnologia che alcuni ecologisti considerano tra le cosiddette energie verdi e che daranno lavoro e energia pulita a costi accettabili?

L’ultima frase è demagogia pura e non c’entra un fico secco con l’energia, salvo l’ultimo aspetto che è già stato commentato.