Un futuro a idrogeno

L'idrogeno grigio comporta molte emissioni di carbonio. Ora, una soluzione è cercare di catturare quelle emissioni di carbonio dal camino e immagazzinare la CO2 nel sottosuolo: non si può catturare ogni singolo atomo di carbonio ma molto. Questa soluzione è comunemente nota come idrogeno blu. La tavolozza dei colori cresce da lì in poi. C'è l’idrogeno nero (prodotto dal carbone), l’idrogeno rosa (prodotto dall'energia nucleare), l’idrogeno turchese (prodotto ancora dal metano ma in altro modo) e così via. Ma il Santo Graal dell'idrogeno in questi tempi è "idrogeno verde". L'idrogeno verde si ottiene dall’acqua (H2O) con il procedimento dell’elettrolisi. Si usa energia da fonti rinnovabili, sia essa eolica, solare o idroelettrica e si spezza la molecola H2O. Il gas di scarto non è più carbonio, come per il metano, ma ossigeno, quindi senza problemi per l’ambiente. Avete una fonte di idrogeno davvero verde.

Ora, non c'è niente di particolarmente nuovo nell'elettrolisi. La usiamo per creare importanti sostanze chimiche in questo Paese e altrove da più di un secolo. Non c'è infatti nulla di nuovo nell'idea di utilizzare l'idrogeno come combustibile del futuro. Da decenni si parla di questo carburante che cambia il mondo ma non è ancora successo. Come mai? Bene, questo ci porta alla seconda cosa che dovete sapere sull'idrogeno: è davvero piuttosto costoso da produrre, almeno nella sua forma verde.

Il gas idrogeno non esiste in forma naturale. A differenza del gas naturale o del petrolio, non è un combustibile che la natura ci ha fornito. Il motivo per cui abbiamo tutti quei diversi colori di idrogeno è che dobbiamo produrlo e ci sono tutti i modi per farlo ma per produrre idrogeno è necessario impiegare più energia di quella che si può ottenere bruciando il gas. Bisogna considerare che produrre un chilogrammo di idrogeno grigio (da metano) costa circa 1 dollaro, mentre fare un chilo di idrogeno verde, invece, costa circa 5 dollari.

Su alcuni utilizzi sembra ormai certo che l’idrogeno non avrà futuro. E’ il caso delle automobili: la tecnologia della batterie avanza rapidamente, i prezzi, lentamente, scendono, una rete capillare e diffusa per la distribuzione dell’idrogeno è costosissima da creare, mentre la rete per la distribuzione dell’energia elettrica esiste. Ma c’è un campo fondamentale in cui questo gas pulito sarà protagonista nel futuro. L'energia rinnovabile è intermittente. Il sole splende solo di giorno, altre volte è nuvoloso; il vento non soffia tutti i giorni. Quindi abbiamo bisogno di una sorta di riserva per conservare l’energia per quei momenti in cui non è generata dalle rinnovabili. Al momento, tale riserva è fornita dal gas naturale e (in misura minore) dal nucleare. Abbiamo alcuni serbatoi a pompaggio che possono immagazzinare un po' di energia, ma non più di tanto. Le batterie possono immagazzinare una modesta quantità di energia, avremmo bisogno di un numero sbalorditivo di esse per mantenere la rete per ore o giorni.

Quindi è qui che entra in gioco l'idrogeno. Quando il vento soffia forte, inviamo quell'energia alle celle di elettrolisi e produciamo idrogeno verde, che poi funge da mastodontica batteria nazionale: quando abbiamo bisogno di energia di riserva, lo utilizziamo per produrre elettricità. Strizzate un po’ gli occhi e potete immaginare un futuro in cui, con abbastanza turbine eoliche e abbastanza impianti di idrogeno verde il mondo potrebbe avere un sistema elettrico veramente verde.

Gli aerei faticano a decollare

Uno studio in collaborazione tra inglesi e greci mostra che il riscaldamento globale rende sempre più complicato il decollo degli aerei. I dati climatici di 10 aeroporti in Grecia hanno registrato aumenti delle temperature da 2 a 5 °C con una velocità dei venti contrari al decollo cresciuta di circa il 25%.

All'aumentare della temperatura la densità dell'aria diminuisce e gli aerei faticano a decollare. Per un velivolo a elica a corto raggio, la distanza media di decollo si é allungata di circa 100 m rispetto al 1974. I problemi aumentano ancor più  nel caso di aerei più grandi. Oltre ad allungare le piste, per contrastare la minore densità dell'aria é necessario ridurre il peso degli aerei. Questo può significare la riduzione del numero dei passeggeri e della quantità di carico consentita su un aereo. Si stima che la capacità di carico si sia ridotta dell'8%.

Che cos’è la prototipazione rapida?

Con il termine prototipazione si intende la realizzazione di un prototipo, ovvero del primo esempio di un prodotto che una azienda intende successivamente sviluppare. Nel passato lo sviluppo di un nuovo modello di automobile, passava attraverso la realizzazione di un prototipo in legno, un’operazione lenta e complessa.

L’evoluzione tecnologica ha portato alla cosiddetta prototipazione rapida, che permette alle aziende di verificare quasi in tempo reale la funzionalità del progetto, sviluppando prototipi di alta qualità che funzionano in tutto e per tutto come i prodotti finali. La prototipazione rapida consente a designer e ingegneri di creare dei prototipi direttamente a partire dai modelli 3D disegnati al computer in tempi notevolmente ridotti rispetto al passato e di effettuare delle rapide e frequenti revisioni dei modelli, basandosi sui riscontri ottenuti durante l’esecuzione di test.

Un prototipo può essere destinato a sperimentazione e apprendimento: nella fase di sviluppo del prodotto possono spesso insorgere problemi e dubbi risolvibili solo costruendo un prototipo e analizzandolo, ma anche test e prove. Durante la fase di test si mostra, e se necessario si fa provare, il prototipo a potenziali clienti. Il test potrà dare un risultato positivo o negativo, o parziale, e tutte le informazioni ricavate durante questa fase saranno utili a prendere la decisione di proseguire con la messa in produzione del prodotto con o senza modifiche, oppure annullarlo del tutto.

Treni a idrogeno

Periferia di Berlino, sembra più o meno un treno come tutti gli altri. Ma non fatevi ingannare, perché questo treno, prodotto dal gruppo francese Alstom (con stabilimento anche a Savigliano) è davvero molto speciale. Non funziona con elettricità o diesel, ma con quello che molti pensano sia il carburante del futuro: l'idrogeno. In effetti, è una specie di treno da record, percorre più di mille chilometri con un solo serbatoio di idrogeno. Per viaggiare come qualsiasi altra locomotiva regionale.

Non c'è rumore del motore, nessun odore di gasolio mentre si allontana. Sembra molto simile a uno degli innumerevoli altri treni elettrici che trovi in giro per l'Europa. Il che fa sorgere la domanda: qual è lo scopo di un treno a idrogeno? La risposta è semplice: non tutte le parti della rete ferroviaria sono elettrificate. In Germania, circa il 40% dei binari non è collegato alla corrente, in Italia il 30%, nel Regno Unito la proporzione è ancora più alta: circa il 60%. Al momento, i treni che circolano su quelle linee tendono a utilizzare l'alimentazione diesel, il che ovviamente significa emissioni di carbonio. E poiché collegare quei binari all'elettricità sarebbe incredibilmente costoso, l'idrogeno è visto come una delle opzioni più convincenti per eliminare le emissioni dal trasporto ferroviario.

E questo ci porta alla prima cosa che dovete sapere sull'idrogeno. È un elemento meraviglioso: incredibilmente utile per le sue proprietà chimiche, ma anche in grado di essere utilizzato come combustibile. Può essere bruciato più o meno allo stesso modo in cui viene bruciato il gas naturale ma può anche alimentare una cella a combustibile, dove si comporta un po' come una batteria: la cella a combustibile, alimentata dall’idrogeno, produce energia elettrica.

Ma, cosa ancora più importante, l'idrogeno può essere creato senza emissioni di carbonio. Dico "può", perché in realtà ci sono tantissimi modi per produrre idrogeno, alcuni dei quali sono puliti e altri molto meno.

Gli appassionati di idrogeno hanno escogitato una tavolozza di colori per descrivere i vari metodi utilizzati per realizzarlo, il che da un lato è abbastanza assurdo considerando che l'idrogeno stesso è un gas incolore; ma almeno mette in evidenza che ci sono molte strade diverse per realizzarlo.

Il modo principale in cui viene prodotto l'idrogeno oggi (non c'è niente di particolarmente nuovo nel gas, anche se ultimamente tutti ne parlano molto di più) è dal gas naturale (CH4), il metano che estraiamo dal terreno e indirizziamo nelle nostre caldaie. Rimuovete l'atomo di carbonio dal metano attraverso un processo chiamato "steam reforming" e vi rimane l'idrogeno gassoso. Questo - l'idrogeno grigio, come viene chiamato - è qualcosa che viene già prodotto su larga scala nelle raffinerie e negli impianti di tutto il mondo. L'idrogeno viene utilizzato come materia prima per tutti i tipi di processi chimici, ci aiuta a produrre plastica e altri prodotti petrolchimici, ma probabilmente la sua funzione più importante è nella produzione di fertilizzanti.

Costruire una casa con la stampante 3D

TECLA è la prima ed unica costruzione interamente stampata in 3D a base di materiali naturali e realizzata con la stampande 3D più grande del mondo, anzi con più stampanti 3D operanti simultaneamente. In quale incredibile Paese del mondo? In Italia. Si tratta di un modello circolare di abitazione creata con materiali riutilizzabili e riciclabili, raccolti dal terreno locale, a zero emissioni e adattabile a qualsiasi clima e contesto.

TECLA - che prende il nome da Technology and Clay (tecnologia e argilla) - è stata realizzata a Massa Lombarda (RA) con Crane WASP – l’ultima stampante 3D di WASP per il settore costruttivo – e rappresenta una vera e propria sfida per la stampa 3D, perché sfrutta al massimo le prestazioni di un materiale tra i più antichi e al contempo tra i più stimolanti per il futuro della green economy: la terra cruda. Il progetto rappresenta una prospettiva inedita per le costruzioni: la soluzione a doppia cupola ha permesso di ricoprire al contempo i ruoli di struttura, copertura e rivestimento esterno.

Ogni unità stampante ha una superficie di stampa pari a 50 metri quadrati e rende quindi possibile la costruzione di moduli abitativi indipendenti, di qualsiasi forma. Due bracci stampanti sono stati sincronizzati nell’ambito di una costruzione, il tutto grazie ad un software in grado di ottimizzare i movimenti evitando collisioni e garantendo l’operatività in simultanea.

TECLA può essere costruita in 200 ore di stampa con 350 strati di 12 mm, uno sviluppo di 150 km di estrusione, 60 metri cubi di argilla e un consumo energetico irrisorio.

Un report delle Nazioni Unite pubblicato nel 2017 stima che la popolazione mondiale raggiungerà quota 11.2 miliardi nel 2100 : per dare un’abitazione a tutti sarà necessario riconsiderare il concetto di casa e di città.

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Che cos'è la stampa 3D?

La stampa 3D è il processo di creazione di oggetti depositando strati di materiale uno sull'altro. La stampa 3D è chiamata anche manifattura additiva (AM) in contrapposizione con i metodo di fabbricazione tradizionali che usano quello che potremmo chiamare il metodo dello scultatore: partire da un pezzo grande e sottrarre materiale.

Questa tecnologia esiste da circa quarant’anni, essendo stata inventata all'inizio degli anni Ottanta. Se all'inizio la stampa 3D era una tecnica lenta e costosa, gli ampi sviluppi tecnologici hanno reso l’hanno resa più accessibile e veloce.

Un modello 3D digitale viene tagliato in centinaia di strati sottili da un software per essere esportato in formato G-code. Questo formato di stampa 3D è un linguaggio che la stampante 3D legge per sapere esattamente quando e dove depositare il materiale.

Ogni strato corrisponde alla forma 2D esatta di una sezione o fetta dell'oggetto. Ad esempio, se si stesse stampando in 3D una piramide, il primo strato (in basso) sarebbe un quadrato piatto e l'ultimo strato (in alto) sarebbe un piccolo punto.

La stampa 3D offre un numero considerevole di vantaggi, il più significativo dei quali è la capacità di produrre progetti altamente complessi che sarebbero impossibili da realizzare altrimenti. Un altro vantaggio significativo della stampa 3D è la velocità. Anche se la stampa 3D di un oggetto può richiedere ore o addirittura giorni interi, è comunque molto più veloce dei metodi di produzione tradizionali, come lo stampaggio a iniezione che necessita della preparazione di stampi complessi con relativi costi. La prototipazione, cioè la produzione di manufatti di prova, è uno degli utilizzi professionali più diffusi della stampa 3D, può essere effettuata con tempi di realizzazione minimi.

È possibile stampare in 3D con quasi tutti i materiali. I materiali di stampa 3D più comuni sono a base di plastica ed possibile rinforzare i materiali termoplastici con fibre di carbonio o di vetro. Anche alcuni materiali di nicchia per la stampa 3D stanno guadagnando popolarità. Scienziati e biologi stanno sperimentando la stampa di materiali biologici, gli chef possono cimentarsi nella stampa 3D di alimenti e i costruttori sono sempre più interessati alla stampa 3D di componenti o addirittura di edifici.