Fuel Cells tesina

Tesina maturità per liceo scientifico tecnologico sul Fuel Cells, il più comunemente chiamato "motore a idrogeno". Argomenti tesina maturità: la meccanica, le reazioni, le biorecnologie.

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  • 01-07-2014
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Introduzione Fuel Cells tesina


La tesina descrive il tipo di motore Fuel Cells. Negli ultimi anni, al centro di dibattiti internazionali, si sono presentate problematiche sempre più gravi quali: l'esaurimento delle riserve di combustibili fossili, la richiesta sempre maggiore di energia da parte di tutti i paesi del mondo, il “caro petrolio” con il conseguente aumento dei prezzi dei carburanti e soprattutto l'inquinamento (ad es. “gas serra”) e i relativi effetti ambientali. Si sta spingendo dunque alla ricerca e alla sperimentazione di nuove fonti energetiche soprattutto di carattere rinnovabile, con bassi costi e con il minor impatto ambientale possibile.
Un ambito fortemente influenzato da questo tipo di problematiche e di ricerche è il settore automobilistico che vede calare esponenzialmente le sue vendite a livello internazionale.
Ciò è determinato dal fatto che l'utenza media ricerca automobili con costi di mantenimento modesti, con bassi consumi e emissioni di gas nocivi minime, senza però rinunciare alle prestazioni e al piacere di guida regalato dalle auto più classiche. Si introduce quindi il concetto di mobilità sostenibile che si basa su veicoli a combustibile alternativo come i motori a bioetanolo, biodiesel, ibridi o addirittura totalmente elettrici gli studi dei quali ultimi sono stati notevolmente sviluppati negli ultimi anni; tali soluzioni però non risolvono la dipendenza dalle fonti non rinnovabili come i combustibili fossili e delle elevate emissioni di gas inquinanti, inoltre portano una serie di altri svantaggi tra i quali possiamo citare il disboscamento di ampie zone nella quale vengono istituite enormi piantagioni di canna da zucchero atte alla produzione del bioetanolo, oppure la scarsa autonomia del motore elettrico che richiede ore di ricarica.
La soluzione a tali problematiche è proprio l'idrogeno che negli ultimi anni ha suscitato molto interesse come risorsa energetica e, soprattutto, come fonte rinnovabile e totalmente pulita; questa sostanza è infatti un vettore di energia notevole in quanto presenta una densità energetica superiore a qualunque altro combustibile noto. Possiamo
dunque definirlo come il migliore sistema di accumulo energetico attualmente disponibile. Purtroppo però l'idrogeno, nonostante sia la sostanza più abbondante nell'universo, è difficile da trovare al suo stato di aggregazione elementare a causa della sua elevata volatilità; occorre pertanto ricavarlo da composti che ne contengono una buona quantità
(acqua, sostanze organiche, organismi vegetali...) utilizzando una fonte di energia esterna.
A tale scopo vengono dunque utilizzati diversi processi industriali: alcuni sono ancora legati all'utilizzo dei combustibili fossili, altri invece sono alquanto innovativi e si affidano, per esempio, a nuove tecniche di produzione di biomasse, alghe, biogas, batteri... oppure all'utilizzo dell'energie rinnovabili (eolica, fotovoltaica, idroelettrica...). Quest'ultime però sono ancora molto costose, spesso il loro utilizzo non è economicamente conveniente e, inoltre, non sono per niente competitive rispetto all'utilizzo di processi industriali legati alle fonti esauribili, nonostante si stia cercando una soluzione che porti ad una totale ecocompatibilità dell'uso e della produzione di idrogeno. Attualmente l'alternativa sostenibile più valida, anche se molto onerosa, è l'elettrolisi, processo che permette la scissione della molecola d'acqua in idrogeno e ossigeno mediante una cella elettrolitica che viene alimentata da corrente continua. È d'obbligo specificare che l'energia elettrica necessaria dev'essere totalmente fornita da fonti rinnovabili quali quelle sovra citate; uno degli obiettivi che si sta infatti raggiungendo è proprio l'applicazione di tali metodologie alternative che possano portare alla produzione di un carburante totalmente “pulito” e che siano convenienti anche dal punto di vista economico.
Bisogna tener presente un secondo problema che sorge dall'utilizzo dell'idrogeno: l'immagazzinamento e il trasporto. Fortunatamente esistono tecnologie e processi agli ultimi stadi di sviluppo che ci fanno intravedere una soluzione a tale problema. La tesina di maturità mostra anche come nel settore automobilistico si possono distinguere principalmente due tipologie di utilizzo di tale elemento: il motore a combustione interna di idrogeno, meno recente, già utilizzato e sperimentato, che riduce sicuramente le emissioni di sostanze nocive prodotte dalle vetture tradizionali, ma che non riesce a sfruttare pienamente le potenzialità di tale risorsa. La seconda possibilità, molto recente e soprattutto in ampia fase di sviluppo, è l'utilizzo dell'idrogeno nelle celle a combustibile, dispositivi che si basano su principi elettrochimici per convertire l'energia chimica in energia elettrica, acqua e calore promettendo, oltre a un processo totalmente pulito, un' efficienza energetica molto elevata e un motore totalmente silenzioso in quanto sono assenti organi rotanti. Quest'ultima tecnologia è ormai quasi totalmente sviluppata, tanto che le case automobilistiche sostengono di poter introdurre nel mercato veicoli che sfruttano questa tipologia di motori entro i prossimi 5 anni. Nei prossimi capitoli della tesina maturità verranno chiariti la produzione e lo stoccaggio dell'idrogeno in particolare per quanto attiene all'utilizzo di fonti rinnovabili con le relative problematiche, il principio di funzionamento e un breve confronto tre le tipologie di fuel cell, infine verrà presentato l'utilizzo delle celle a combustibile di tipo PEM con relative caratteristiche dal punto di vista elettrico e termodinamico e con il recente impiego nel settore automobilistico.

Collegamenti

Fuel Cells tesina


Fisica: La meccanica.
Chimica: Le reazioni.
Biologia: Le biotecnologie.
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