Sebbene l'idrogeno sia il peso leggero degli elementi chimici, ha un vero pugno quando si tratta del suo ruolo nella vita e del suo potenziale come soluzione ad alcune delle sfide del mondo. Mentre celebriamo il 150° anniversario della tavola periodica, sembra ragionevole farci notare su questo, il primo elemento sul tavolo.

L'idrogeno è l'elemento più abbondante nell'universo, ma non sulla Terra per la sua leggerezza, che consente al gas di fluttuare nello spazio. L'idrogeno è essenziale per la nostra vita:alimenta il sole, che converte centinaia di milioni di tonnellate di idrogeno in elio ogni secondo. E due atomi di idrogeno sono attaccati a un atomo di ossigeno per produrre acqua. Entrambe queste cose rendono il nostro pianeta abitabile.

L'idrogeno non solo consente al sole di riscaldare la Terra e aiuta a creare l'acqua che sostiene la vita, ma questo più semplice di tutti gli elementi può anche fornire la chiave per trovare una fonte di carburante pulita per alimentare il pianeta.

Yin e yang dell'idrogeno come fonte di energia

Come molti altri elementi chimici, sebbene l'idrogeno sia di immenso valore per noi, ha anche un lato oscuro. Essendo più leggero dell'aria, fa galleggiare le cose, motivo per cui è stato utilizzato nei primi dirigibili. Ma l'idrogeno è altamente esplosivo, e nel 1937 il dirigibile tedesco Hindenburg esplose nel tentativo di attraccare con il suo albero di ormeggio dopo un viaggio transatlantico, uccidendo 36 persone.

cugini di idrogeno, deuterio e trizio, chiamato idrogeno pesante, sono stati usati per fare bombe all'idrogeno. Qui, gli atomi di idrogeno pesante si fondono insieme in un processo chiamato fusione nucleare per produrre elio, un po' come la reazione che avviene al sole. La quantità di energia prodotta da questo processo è maggiore di qualsiasi altro processo noto:l'area al centro dell'esplosione è essenzialmente vaporizzata, generando onde d'urto che distruggono qualsiasi cosa sulla loro strada. La brillante luce bianca prodotta può accecare le persone a molte miglia di distanza. Produce anche prodotti radioattivi che vengono trasportati nell'aria e causano una diffusa contaminazione dell'ambiente.

Domare la bestia, però, potrebbe essere la soluzione ai problemi energetici del futuro. Quando bruciato in modo controllato, l'idrogeno offre il carburante più pulito, producendo solo acqua come prodotto di scarto. È rinfrescante se confrontato con un motore a benzina che produce anidride carbonica che induce il cambiamento climatico e una serie di altri gas nocivi. Se conservato ad alta pressione e temperatura molto bassa di -400 gradi Fahrenheit, l'idrogeno esiste come liquido, e la sua combustione con l'ossigeno viene utilizzata per lanciare razzi nello spazio.

Però, un'auto con un serbatoio di carburante per razzi a idrogeno altamente esplosivo non sembra una scommessa sicura. Attualmente ci sono molte ricerche incentrate sulla risoluzione del problema dello storage. Un gran numero di scienziati sta cercando di sviluppare composti chimici che trattengono e rilasciano idrogeno in modo sicuro. Questo è in realtà un osso duro ed è qualcosa che richiederà tempo e molte grandi menti per risolverlo.

Il potere dell'idrogeno

Gli atomi di idrogeno danno anche a cose come il succo di limone e l'aceto il loro caratteristico sapore aspro. Atomi di idrogeno carichi positivamente, chiamati protoni, essendo stato privato del loro unico elettrone, galleggiano in queste soluzioni e sono il componente chiave degli acidi. La chimica di questi protoni è anche responsabile della guida della fotosintesi, il processo per cui le piante trasformano l'energia luminosa in energia chimica, e alimentando molti processi nel corpo umano.

I protoni sono anche il componente chiave delle celle a combustibile. Piuttosto che bruciare l'idrogeno, le celle a combustibile la convertono in elettricità e sono viste come la via del futuro. Lo fanno suddividendo il gas idrogeno in protoni ed elettroni su un lato della cella a combustibile. I protoni carichi positivamente si spostano dall'altra parte della cellula, lasciando dietro di sé gli elettroni carichi negativamente. Questo crea un flusso di elettricità tra i lati della cella quando è collegata a un circuito esterno. Questa corrente può alimentare un motore elettrico posto in questo circuito. I treni a idrogeno sono già in funzione in Germania, e diverse case automobilistiche internazionali stanno sviluppando auto alimentate a celle a combustibile. Ancora, l'unico sottoprodotto del processo è l'acqua.

Nel futuro, Penso che vedremo un uso crescente dell'idrogeno come combustibile. Perché sia ​​utile, ci sono due grandi sfide. Un grosso problema è lo storage. Gli ingegneri devono capire come immagazzinare l'idrogeno in modo sicuro e iniziare a costruire luoghi in cui le persone possano fare il pieno. Con i rapidi progressi della chimica e dell'ingegneria, le stazioni di idrogeno potrebbero iniziare ad apparire presto, diventando un luogo comune come lo sono oggi le stazioni di rifornimento di benzina. Questo tipo di infrastruttura sarà essenziale. Non vuoi rimanere senza carburante durante un viaggio perché, a differenza di un'auto a gas, non puoi chiamare un amico per portarti una bomboletta di idrogeno.

L'altra sfida è ottenere l'idrogeno stesso. C'è pochissimo gas idrogeno naturale a nostra disposizione perché galleggia su e fuori dall'atmosfera. Anziché, deve essere fatto da qualche altra fonte e catturato.

Al momento, la maggior parte dell'idrogeno mondiale è prodotta o dal legno o da combustibili fossili, come gas naturale e petrolio. Questo sconfigge l'obiettivo di essere una fonte pulita di energia. La più grande fonte di idrogeno è la più sicura, liquido più facilmente disponibile sulla Terra:l'acqua. Se noi chimici riusciamo a trovare il modo di scomporre le molecole d'acqua per estrarre gli atomi di idrogeno, questo sarebbe un enorme passo avanti.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.