L’economia dell’idrogeno: la produzione di energia nel prossimo futuro

Questo post partecipa al Carnevale della Chimica numero 28 ospitato nel blog Arte e Salute.

 

Fonte: www.rcs.org

Quale sarà il vettore energetico del futuro? Come faremo a soddisfare il fabbisogno di energia una volta che i combustibili fossili cominceranno a scarseggiare? Queste sono domande piuttosto frequenti in un periodo dove la popolazione mondiale incomincia a prendere coscienza che il petrolio non è una risorsa infinita. Da almeno un decennio si parla dell’idrogeno come una valida alternativa ai combustibili fossili. Tra le applicazioni più pubblicizzate l’automobile ad idrogeno che risolverebbe gran parte dei problemi di inquinamento avendo come sottoprodotto della combustione esclusivamente acqua.
Questo articolo non vuole e non può esaminare nel dettaglio tutti i metodi e le recenti scoperte nella produzione e la gestione dell’idrogeno, ma vuole solo fornire al lettore un’idea sulla complessità dell’utilizzare questa particolare sostanza come vettore energetico nel futuro in sostituzione ai combustibili fossili.


L’idrogeno molecolare di cui tanto si parla è un gas altamente infiammabile ed è composto da due atomi di idrogeno. Questo gas è considerato un ottimo combustibile, purtroppo, però, è molto raro sulla Terra e quindi per poterlo utilizzare in futuro nell’autotrazione è necessario imparare a produrlo, stoccarlo e trasportarlo in maniera semplice e poco costosa. Con “costo” in questo testo non mi riferirò alla questione economica, bensì al costo energetico, ovvero se investo 100KWh di energia nella produzione di idrogeno, quanta di questa energia viene sprecata nel processo di produzione e gestione del combustibile?

Ci sono diversi modi per produrre idrogeno, molti di questi sono in fase di sperimentazione e ben lontani da un’applicabilità industriale. Le prospettive considerate più plausibili sono ottenere idrogeno dalla scomposizione dell’acqua (2 molecole H2O vengono trasformate in due molecole di idrogeno e una di ossigeno) oppure attraverso lo steam reforming, un processo che partendo dal metano porta alla produzione di idrogeno e anidride carbonica.
Nonostante queste vie siano le più “semplici” per applicabilità industriale non sono esenti da problemi, ad esempio dove si trova l’energia necessaria per scomporre l’acqua?
Lo stesso steam reforming del metano si basa ancora su un combustibile fossile e produce comunque anidride carbonica.
Questo dimostra che l’idrogeno non è un fonte primaria di energia, ma un vettore, ovvero una sostanza che viene creata consumando un’altra fonte energetica.
Ma una volta prodotto? Quanto è facile stoccare e trasportare l’idrogeno?

La risposta è: davvero complesso. L’idrogeno è un gas molto particolare che richiede una grande quantità di energia per essere compresso e stoccato. Basti pensare che per comprimere il metano (oggi molto diffuso come combustibile per automobili) si utilizza 9 volte meno energia rispetto all’idrogeno.
I problemi di stoccaggio non sono da meno: accumulare l’idrogeno come liquido richiede alte pressioni e basse temperature.
Se poi volessimo utilizzarlo per l’autotrazione o per applicazioni diffuse sarebbe necessario trovare un modo per trasportare agevolmente questo gas. Purtroppo a causa della bassissima densità dell’idrogeno le autobotti viaggerebbero quasi vuote. Il costo energetico del trasporto su gomma dell’idrogeno sarebbe diverse volte superiore al costo attualmente sostenuto per il trasporto di metano, GPL o petrolio.
Non pensate nemmeno all’utilizzo dei gasdotti: sempre a causa della bassa densità spingere l’idrogeno all’interno di un tubo consumerebbe il quadruplo dell’energia attualmente utilizzata per il gas naturale.
Se volessimo poi fare rifornimento alla nostra nuova e fiammante macchina ad idrogeno? Si riproporrebbe il problema dello stoccaggio presso i distributori e dello stoccaggio nei singoli serbatoi delle auto con ulteriore consumo di energia.

Facciamo due conti: ipotizziamo di avere una fonte rinnovabile e pressoché illimitata di elettricità e di investire 100KWh nella scomposizione dell’acqua per ottenere idrogeno. Quanta energia riusciamo praticamente ad sfruttare per far andare la nostra automobile e quanta viene persa nei processi produttivi e di trasposto? Che differenza ci sarebbe se ci affidassimo alle batterie come vettori energetici? La tabella seguente dovrebbe rendere l’idea.

Energia utilizzabile al netto di produzione, trasporto e stoccaggio partendo da elettricità rinnovabile. Fonte: Proceedings of the IEEE | Vol. 94, No. 10, October 2006

In conclusione l’economia dell’idrogeno, ad oggi, non è sostenibile ed è per questo motivo che nonostante alcuni proclami da parte di aziende automobilistiche, l’auto ad idrogeno rimane un’utopia. Questo non significa che l’idrogeno non sarà mai utilizzato come vettore energetico, ma semplicemente che non lo sarà nel prossimo futuro. Altre fonti rinnovabili possono essere utilizzate per produrre energia, come ad esempio il bioetanolo, ma questa è un’altra storia…

Fonti:

-International Journal of Hydrogen Energy 32 (2007) 3238 – 3247
– International Journal of Hydrogen Energy, 26, 2001, 127
– Review of small stationary reformers for hydrogen production, International Energy Agency, 2001

 

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Author: Simone Angioni

PhD, ricercatore in ambito chimico. Debunker per diletto, è uno dei maggiori esperti italiani sulla teoria del complotto delle scie chimiche, argomento sul quale tiene regolarmente convegni e workshop in giro per l’Italia.

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  • Ottima analisi, purtroppo spesso che chi crede troppo nell’ecologia spiccia perda di vista la globalità dei problemi. Per esempio: mi faccio l’auto elettrica, tanto non inquino.
    Peccato che poi venga attaccata alla rete elettrica che pesca energia dalle centrali (idroelettriche, nucleari, a carbone, a gas, etc.). Inoltre le batterie non crescono sugli alberi, qualcuno deve estrarre, lavorare e distribuire un sacco di elementi (metallici e non) con conseguenti altri impatti. E dopo che la batteria non è più efficiente? La devo smaltire sperando di riciclare il più possibile (sperando..).
    L’idea sottesa è che tanto il lavoro sporco lo fa qualcun altro……..ma è un placebo per la coscienza.
    Che ne pensate dell’uso dei microorganismi (alghe, cianobatteri e altri) per produrre biomassa (in parte fermentabile ed in parte, attraverso gli oli convertibile in biodiesel)? L’idea che mi piace di più è la possibilità di cortocircuitare il ciclo della CO2, gli organismi fotosintetici la pescherebbero dall’aria producendo biomasse utilizzabili poi per produrre nuovo combustibile.
    Buona giornata!
    Paolo.

  • Stefania

    Con immenso ritardo un commento sul commento:

    confermo che l’autoelettrica è appunto (e si sta vedendo) l’alternativa migliore alla combustione classica rispetto al motore ad idrogeno (o altro) o meglio al motore a cella a combustibile.
    Non sono d’accordo con Paolo in quanto se l’elettricità è prodotta da fonti rinnovabili l’inquinamento è davvero vicino allo zero. Io stessa che ho l’impianto fotovoltaico sul tetto sto pensando seriamente all’auto elettrica anche per ragioni economiche, infatti mi rifornirei l’auto gratis.
    Dello smaltimento delle batterie al litio non mi preoccuperei, non mi risulta sia più problematico di quelle al piombo attuale….

    Stefania

  • Il futuro sarà caratterizzato da energia rinnovabile.

    • Andrea Bersani

      Ce lo auguriamo tutti quanti, anche perché è difficile immaginare che quelle non rinnovabili durino per sempre 😉

      Come scegliere il mix di risorse e su cosa puntare è qualcosa di molto meno chiaro, per me. Probabilmente, eolico, idroelettrico, biocombustibili e solare termodinamico insieme possono servire allo scopo, ciascuna sorgente, da sola, non credo potrà mai bastare. È un discorso lungo e complicato, per cui non solo un commento, ma nemmno un post sarebbe sufficiente! Buona giornata!

  • Buongiorno a tutti. Il problema è alquanto più semplice di quanto possa sembrare. L’energia verrà prodotta usando come apporto energetico l’energia termica dell’acqua a temperatura ambiente (o se si vuole anche dell’aria). Lo sbalzo di temperatura verrà creato con un deposito criogenico con un fluido a circa 155 °C sottozero completamente isolato. Il fluido vettore sarà aria liquida che nel processo di espansione assorbirà energia dall’acqua esterna sviluppando pressioni intorno alle 300 Atm. Il fluido isolato assorbirà l’energia di liquefazione dal vettore energetico e la restituirà nella zona di ritorno ed inizio espansione. L’energia meccanica prodotta assorbendo energia termica ambiente spingerà l’autoveicolo aiutato anche dall’aria liquida e dall’idrogeno prodotti anticipatamente ad autoveicolo fermo. Il II° Principio è perfettamente rispettato avendo l’impianto 2 generatori di energia , una a temperatura ambiente e l’altro a 155 ° C sottozero. E’ sempre e solo una questione di energia in transito e niente più.

    • Andrea Bersani

      Nel suo schema, in linea di rincipio ragionevolissimo, manca un ingrediente: come mantenere la sorgente fredda a -155ºC. Pur isolandola nel migliore dei modi possibili, nel momento in cui la usiamo come sorgente in un ciclo termodinamico, le apportiamo calore con il fluido vettore, riscaldandola. Se potesse aiutarmi a dissipare questo mio dubbio, le sarei grato. Grazie per l’attenzione che dà al nostro blog e buona giornata!

      • Prima di tutto la ringrazio per essersi interessato al mio commento e le darò delle informazioni propedeutiche introducendola un po alla volta all’interno del progetto che ho brevettato non molto tempo fa. Appena avrà chiarito i punti meno intuibili , se vuole mi chiamerà di nuovo.
        Buona serata da : Tiberio Simonetti

        INTRODUZIONE AL PROGETTO DI UN IMPIANTO PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA
        MECCANICA CHE HA COME APPORTO ENERGETICO SOLO ACQUA O ARIA A
        TEMPERATURA AMBIENTE
        Si vuole prima di tutto evidenziare le potenzialità del fluido acqua a temperatura ambiente. Ad esempio, è possibile considerare una temperatura media annua intorno ai 20 °C se il liquido riempie una vasca munita di opportuni assorbitori montati verso l’esterno.Ora un kg d’acqua a 20 °C può cedere all’impianto (il sistema ha all’interno come fluido vettore aria liquida a 130 Kelvin) 15 K calorie, (diminuzione di temperatura da 20 a 5 ° C ) che corrispondono grosso modo a 63 KJolul /sec, ed è come se un impianto Solare termodinamico concentrasse la bellezza di 63 specchi di 1,2 metri quadrati ognuno (per un totale di 63 kw) su un volume di 1 dm cubo, sapendo che il Sole irradia 1000 w / sec su un metro quadrato di superficie. In questo modo il ricevitore montato nella zona del fuoco parabolico fonderebbe nel giro di pochi secondi.

        La nostra mente, purtroppo,abituata allo studio ed al funzionamento degli impianti a carbone, gas o petrolio mal interpreta un’idea che basa la sua teoria sull’uso dell’energia prodotta assorbendo energia termica ambiente.

        Vorrei fare un paragone adesso, tra un impianto a vapore ed un impianto ad aria liquida. Nel vapore il fluido vettore è appunto l’acqua che deve essere prima vaporizzata e poi surriscaldata ad una temperatura almeno di 400 ° C per renderla simile ad un gas. Per poter operare in questo modo sono necessari alti valori energetici prelevandoli dal carbone. Ora è vero che se scegliamo come fluido vettore l’acqua che ha una temperatura CRITICA di 374 ° C è necessario per forza usare carbone, mentre tutta questa energia potrebbe non essere necessaria se al posto dell’acqua venisse usata ARIA LIQUIDA. Quest’ultima infatti ha TEMPERATURA CRITICA pari a 132,7 Kelvin ( circa 140 °C sottozero) ed una eventuale passaggio di stato da liquido a gas potrebbe essere effettuato usando solo esclusivamente energia termica ambiente (estraendola in questo caso dall’acqua o se si vuole anche dall’aria esterna).Il superamento della temperatura critica, renderebbe il fluido incomprimibile se racchiuso in uno spazio molto ristretto, (spazio precedentemente occupato allo stato liquido) sviluppando pressioni tali da rompere il contenitore metallico in cui è racchiuso, comportandosi come una bomba ad orologeria. L’esempio adesso descritto è del tutto simile ad un impianto Solare termodinamico ad alta concentrazione in cui l’energia radiante converge su un punto e cede energia al fluido all’interno del concentratore. Ma anche l’acqua (che ha assorbito energia dal Sole) cede energia al fluido criogenico, mettendolo in condizioni di sviluppare energia di pressione per centinaia di atmosfere.

        Tornando allora all’acqua contenuta nella vasca è intuibile che la cessione di 15 kcal /sec ad un gas criogenico liquido, è una potenza rilevante se proporzionata al volume in cui è contenuta (volume di
        1 kg di aria liquida = 1,14 dm cubi). Se poi, il ricevitore criogenico (che assorbe energia scambiando con l’acqua esterna) dell’impianto è a 143 °C sottozero e la cui temperatura critica vale
        ad esempio 132,7 Kelvin, possiamo programmare all’inizio lo sviluppo di una pressione intorno alle 300 Atm ( ma se si vuole se ne possono ottenere anche 600 senza alcuna spesa energetica, infatti lo
        sviluppo della pressione all’inizio del ciclo viene decisa in base al volume che il fluido occupa nello stato liquido quando ha già superato la barriera della valvola di non-ritorno) ed una espansione
        isobara all’inizio, isotermica durante (a 293 Kelvin), ed infine adiabatica, con produzione di lavoro positivo (con energia assorbita dall’ambiente) superiore di ben 3 volte a tutta l’energia negativa
        necessaria affinchè il fluido vettore torni di nuovo allo stato liquido.

        Il progetto rispetta ampiamente il II° principio termodinamico in quanto ha un generatore di energia a temperatura ambiente ed un pozzo a circa 153° C sottozero perfettamente isolato. Il gas all’interno del pozzo assorbe prima l’energia di liquefazione (entalpia residua + energia ed attriti della compressione isotermica, come in un normale condensatore di vapore nelle centrali a vapore) essendo questo ad una temperatura iniziale di 120 Kelvin, e poi restituisce la quantità di calore all’aria, quando questa, essendo di nuovo entrata nel settore di inizio espansione, ha bisogno di energia per espandere.Il gas per fare questo, effettua prima una compressione adiabatica-isotermica
        fino ad una temperatura di 150 Kelvin cedendo una parte dell’energia di compressione all’aria liquida che essendo questa ancora a 130 Kelvin riprenderà tutto il calore ceduto nella liquefazione.
        Il gas poi alla fine, effettuerà un’espansione adiabatica,restituendo parte dell’energia usata per la sua compressione, e terminerà con una temperatura di 2 / 3 Kelvin inferiore alla temperatura di partenza.

        E’ sempre e solo una questione di ENERGIA RADIANTE IN TRANSITO. Se batte sulla sabbia del deserto è reirradiata quasi istantaneamente, se batte su un impianto fotovoltaico si trasforma in energia elettrica, mentre se batte sull’acqua può essere trasformata in energia meccanica con il movimento di una turbina. Il conto energetico andrà alla pari, quando l’energia fotovoltaica o quella
        meccanica si saranno trasformate di nuovo in energia termica ambiente che verrà espulsa un po’ alla volta verso gli strati più alti della nostra atmosfera.

        Per dare una proporzione tra potenza sviluppata e volume occupato è possibile fare un calcolo di massima : una stanza lunga 10 metri, alta 2 e larga 5 (ossia 100 metri cubi) può contenere un impianto da 1000 kw / ora elettrici. In sostanza vengono prodotti 10 kw per ogni metro cubo di volume occupato.

        Cordiali saluti da : Tiberio Simonetti;cell:328 18 32 905 ;sito: http:/www.fabiomarsole.altervista.org

        • Andrea Bersani

          C’è qualcosa che non mi torna nelle unità di misura, il sole irradia 1000W/m^2, ad esempio, mentre lei mette dei secondi in più. Non è l’unico caso, questo mi mette un po’ in difficoltà a seguire i suoi ragionamenti. Inoltre, non mi toglie il dubbio della sorgente fredda, di cui mi dice solo che è “perfettamente isolata”, ma non da chi è raffreddata. Per questi ed altri motivi (ad esempio far diminuire di 15ºC la temperatura di un kg d’acqua in un secondo mi sembra piuttosto complicato) mi resta il dubbio che, per poter funzionare, il suo meccanismo abbia bisogno di energia in ingresso da qualche sorgente che sta trascurando. Sono certo che, se il suo sistema potesse funzionare, ci sarebbero un sacco di persone interessate a riempirla di soldi per comprarglielo, ma mi pare che non sia ancora del tutto convincente (o, almeno, non mi sento del tutto convinto io)…

          • Guardi, per la verità il brevetto ha concessione n° 0001383773 e mi è stato concesso dall’ufficio del ministero dello sviluppo economico il 23 dicembre 2010, e mi è stata comunicata a fine 2012.Sono stato un anno fermo a pensare se potevo organizzare una piccola azienda da solo, ma se proprio le devo dire la verità e non mi vergogno a dirlo, purtroppo le condizioni economiche sono tali che non mi posso permettere neanche la colazione al bar al mattino. Adesso sto partecipando al bando Gaetano Marzotto, ma non sono sicuro se i tecnici riusciranno a comprendere quello che adesso ad esempio ho detto a lei. Nel mese di Maggio ho avuto contatti con il settore ambiente della Provincia Autonoma di Trento,hanno avuto il progetto a disposizione per un mese dopo di che si sono congratulati per l’dea brillante e per il gran lavoro svolto negli ultimi 7 anni. Hanno parlato con il direttore sig Franz Cropf per un eventuale finanziamento dandomi una risposta più che positiva, ma come le ho detto prima , il problema è sempre lo stesso, ed è quello dei soldi.

            Comunque , pazienza , prima o dopo riuscirò nell’intento.

            Ora con un po di calma vedrò di chiarire ancora meglio la mia descrizione.

            Si, l’impianto è munito per la partenza immediata di una bombola con aria pura (senza umidità ne CO2) alla pressione di circa 300 atm.

            Il Sole nel vuoto irradia 1357 w / sec su ogni metro quadrato di superficie esposta. Se attraversa la nostra atmosfera ne perde per riflessione, conduzione e rifrazione circa 357 e ne arrivano al suolo circa 1000 W al secondo. Questi sono i valori medi riconosciuti alle nostre latitudini. Non capisco però cosa vuole dire quando dice che metto dei secondi in più.

            Esistono adesso degli scambiatori aria-aria oppure acqua-aria che sviluppano superfici di 1000 metri quadrati (ed anche più fino anche a 10.000) su un volume di 1 metro cubo. Considerando uno scambio di 20 W /mt con un delta T di 10 °C è possibile ottenere uno scambio di circa 20 mt x 10 °C x 1000 mt = 200 kw al secondo, senza considerare che il coefficiente di scambio possa decuplicare in una situazione in cui c’è un cambiamento di fase (come è il caso preso in esame).

            Il pozzo criogenico è composto da un gas nello stato perfetto, ossia è ad 1 atm ed a 120 Kelvin. Il gas (nel brevetto corrisponde al gas Neon, ma è possibile ad esempio anche usare aria )assorbe energia di liquefazione dall’aria che a fine espansione adiabatica ha temperatura di 130 Kelvin e pressione di 5 Atm. Il gas del pozzo criogenico (Aria nello stato perfetto) pesa 5 volte il peso dell’aria da liquefare ed assorbe velocemente tutta il calore ceduto nella liquefazione. La liquefazione dell’aria è fatta a temperatura costante (isotermica), ossia a 130 Kelvin con una compressione finale intorno alle 30 Atm. Il gas criogenico avendo massa maggiore e temperatura minore assorbe velocemente tutta l’energia di liquefazione e raggiunge la temperatura dell’aria che vale come ho detto 130 Kelvin. L’aria liquida può essere spinta con una pompa criogenica per liquidi (con assorbimento che non supera neanche il 2 % dell’intero guadagno positivo) oltre la valvola di non ritorno con una spinta che supera, se si vuole anche le 300 Atm. Ossia la pressione enorme sviluppata con il superamento della temperatura critica (132,7 Kelvin)non influenza il blocco di liquefazione perchè nel mezzo c’è la valvola di non ritorno e la pompa criogenica (se vuole le manderò i grafici, lo schema dell’impianto, ed un progetto di massima).

            Adesso il gas criogenico può essere compresso con una compressione isotermica che ha T = 150 Kelvin. Nello stesso momento in cui si fa questo, l’aria liquida a 130 Kelvin scambia continuamente con il gas ed assorbe energia necessaria alla sua espansione. L’interscambio provoca una compressione con T = cost = 150 Kelvin e contemporaneamente il superamento della temperatura critica dell’aria ed aumento istantaneo della pressione ad un valore grande quanto si vuole (però per adesso penso non superiore alle 300 / 350 Atm).

            Il Neon con la compressione isotermica a 150 Kelvin e pressione di 2,2 Atm può espandere e tornare ad 1 Atm e T = 120 Kelvin.

            Esempio : T = Ti (150 K) x Pi (2,2 atm) / Pf ( 1 atm )elevato a 0,286 = 119,7 Kelvin , QUESTA è LA CONDIZIONE PER OTTENERE UN CICLO POSITIVO.

            Mi faccia sapere e per qualsiasi altra cosa sono quì a chiarirle qualsiasi dubbio.

            Saluti
            Tiberio Simonetti

          • Andrea Bersani

            Lei continua a dire che la potenza irraggiata dal Sole che arriva sulla Terra è 1300 W/s per metro quadro, ma la giusta unità di misura sono i Watt per metro quadro, senza secondi. Quello che continua a non dirmi è chi tiene il gas nel pozzo a temperatura costante: lei dice che quel gas deve assorbire calore da un fluido di scambio, e allora a sua volta si scalderà. Io non vorrei sembrarle ostile, anzi, sono ammirato dal suo grande lavoro, ma temo che, prima di poter essere messo in pratica, abbia ancora alcuni aspetti da mettere a posto.

  • Ho scritto : il Neon con la compressione isotermica…. No avrei dovuto scrivere INVECE : il gas del pozzo criogenico con la compressione isotermica…

  • Buongiorno sig Andrea
    Guardi non pensi di essere scortese, anzi come già ho cercato di accennare nell’ultimo commento , sarebbe necessario che l’idea fosse analizzata in un periodo un po più lungo (ad esempio i tecnici dell’uff. Prov. Aut. di Bolzano hanno tenuto il progetto per più di un mese), ma sinceramente con lei sono piuttosto sorpreso visto il suo interesse ed intuito, che mi sembra, la contraddistinguono tra tanti tecnici interessati a questo nuovo settore (a differenza invece di alcuni con la mente talmente chiusa sui Principi termodinamici che escludono a priori che non possa esistere in alcun modo un pozzo criogenico a temperatura costante ed inveiscono con parole spesso offensive su chi con coraggio si espone proponendo idee che ribaltano la logica degli idrocarburi).

    Si, avrei dovuto scrivere 1000 Joul / sec che corrispondono giustamente a 1000 W su metro quadro

    Il pozzo non è altro che un frigorifero criogenico che lavora costantemente a circa 153 / 155 gradi centigradi sottozero. E’ chiaro che deve essere alimentato con energia fornita dall’esterno, ma questa è più piccola dell’energia positiva guadagnata con l’espansione liquida dell’aria.

    Un frigorifero assorbe energia termica da una parte e la espelle dall’altra. Ad esempio un normale frigo per cibi, da una parte assorbe calore dai cibi in modo continuativo e dall’altra espelle il calore sulla serpentina esterna, ma sempre in modo continuativo. Per fare questo (nel merito)l’impianto ha riserva di gas in un contenitore a -155 °C ed usa questa per assorbire energia di liquefazione in modo continuativo. Nel frattempo però lo stesso impianto, dall’altra parte comprime il gas con una isotermica con T = 150 Kelvin , facendogli cedere il calore di liquefazione, sempre in modo continuativo.
    Non lo cede certo ad una serpentina esterna (come invece succede nei normali frigoriferi), ma all’aria liquida che ha ancora temperatura T= 130 Kelvin.
    L’aria liquida supera di colpo i 132,7 Kelvin (temp. critica) e se il suo volume è ben proporzionato è possibile ottenere la pressione giusta per l’inizio espansione.
    Per concludere questo esempio quindi c’è sempre un contenitore con aria a -155 °C dove da una parte entra aria proveniente dall’espansione adiabatica a -155°C e dall’altra esce aria alla stessa temperatura che entra nel liquefatore per assorbire energia di liquefazione.

    Le voglio far notare inoltre che l’energia (assorbita dall’esterno)necessaria alla liquefazione è sempre la stessa (con inizio della compressione isotermica sempre a 130 Kelvin e P = 5 Atm), mentre il guadagno positivo dipende dalla pressione di inizio espansione dell’aria che aumenta con il valore di pressione di inizio espansione. Più è alta la pressione di inizio espansione più il guadagno netto sarà maggiore. (i limiti di pressione vanno con la bontà dei materiali usati nell’impianto come ad esempio i materiali in acciaio inox austenitici e gli scambiatori in rame ad alta purezza).

    Ci sentiremo di nuovo appena avrà elaborato questo mio ultimo commento e non si faccia scrupoli tanto ormai sono quì pronto a qualsiasi evenienza.

    Cordiali saluti da
    Tiberio Simonetti

  • Ho scritto : Nel frattempo però lo stesso impianto dall’altra parte comprime il gas con una isotermica con T = 150 Kelvin facendogli cedere il calore di liquefazione… Invece avrei dovuto scrivere facendogli cedere il calore di liquefazione che ha assorbito dall’aria.

  • Gentile sig. Andrea, nel commento già fatto voglio evidenziare un passaggio. Il gas criogenico, prima assorbe energia di liquefazione dall’aria , poi LA RESTITUISCE SUBITO ALL’ARIA, quando questa (l’ARIA) supera la valvola di non ritorno allo stato liquido. Quindi il GAS CRIOGENICO si LIBERA SUBITO di una certa quantità di energia che corrisponde al valore assorbito nella liquefazione. Se il gas, con la ZAVORRA dell’energia di liquefazione, e con la compressione isotermica raggiunge i 150 Kelvin , può cedere energia all’aria liquida perchè nello scambio il calore passerà da un valore più alto (150 K ) ad un valore più basso avuto dall’aria liquida(130 K).
    Il gas allora si ritroverà con energia minore (perchè una parte viene ceduta all’aria liquida) e con una pressione maggiore, perchè compresso isotermicamente. Lo stesso gas poi entrando in una turbina adiabatica espanderà arrivando ad una temperatura più bassa che non la temperatura di partenza (119,7 k contro i 120 k avuti all’inizio).

  • Ho scritto : Le voglio far notare che l’energia (assorbita dall’esterno)necessaria alla liquefazione…. Invece avrei dovuto scrivere: (assorbita dall’esterno con un motore elettrico che alimenta il compressione isotermico per comprimere l’aria a 130 K con P che va da 5 Atm a circa 30 Atm).

  • Buongiorno sig. Andrea
    L’espansione finale dell’aria a 130 Kelvin con P = a 5 Atm ha un motivo preciso. Essendo la T critica = 132,7 K allora con un valore a 130 K è possibile liquefare l’aria. Essendo la pressione critica uguale a 37,7 Atm è possibile liquefare l’aria con una isotermica con T = cost =130 K e pressione massima di 37,7 Atm. Il compressore isotermico lavorando sempre molto vicino alle 130 k farà liquefare l’aria con un valore di entalpia residua molto piccola, essendo questa, vicina allo zero se la temperatura è vicina al valore di 132,7 k. Ora però è anche vero che a 128 / 130 k le forze potenziali molecolari (attrattive) avvantaggiano la ricombinazione delle molecole , tanto più quanto la pressione si avvicina al valore nel punto CRITICO. La curva di inversione a bassa temperatura dell’aria (130 k) riportata sul grafico P-rid, e Z (fattore di correzione ),da le direttive reali dei valori di pressione da applicare nell’equazione isotermica per il calcolo del lavoro effettivo svolto dal compressore isotermico. In sostanza , rispetto al valore calcolato in condizioni di gas perfetto, lo sforzo si dimezza grazie all’energia potenziale attrattiva presente nelle molecole dell’aria.

  • Buonasera a tutti.
    Per concludere e dare un senso ai commenti con cui ho introdotto il progetto per la produzione di energia meccanica con vettore ad aria liquida, faccio riferimento alle macchine elettriche che assorbono energia dall’impianto.
    Le macchine elettriche che lavorando cederanno energia termica all’ambiente AUMENTERANNO LA VELOCITA’ con cui questa si PROPAGHERA’ verso l’esterno (le macchine elettriche, svilupperanno nella lavorazione, una temperatura operativa normalmente sempre più alta che non la temperatura ambiente, aumentando la velocità con cui l’aria di raffreddamento si propagherà verso l’alto), mentre l’acqua che apporta energia primaria al settore criogenico dovrà inevitabilmente recuperare energia termica dall’energia radiante del Sole.

    Cordiali saluti da Tiberio Simonetti.

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