mercoledì 5 maggio 2010

Tecnologia dell'drogeno e nanotecnologie: una ricerca

Con il termine “tecnologie particolari” indichiamo l’ insieme delle tecnologie che sono in maggiore via di sviluppo (nanotecnologia) e quelle che permetteranno di ridurre notevolmente l’inquinamento ambientale (idrogeno).

§1. Tecnologia dell’idrogeno

L’idrogeno, l'elemento più leggero e abbondante dell’universo, è assai raro sulla Terra allo stato elementare a causa della sua estrema volatilità ma è molto diffuso sotto forma di composti (come ad esempio nell'acqua) e può quindi essere prodotto a partire da diverse fonti. Inoltre l’inquinamento prodotto è quasi nullo.
L’idrogeno può essere prodotto dall’acqua scindendo la stessa nei suoi componenti (idrogeno e ossigeno) attraverso diversi processi, tra i quali quello più consolidato è l’elettrolisi. Schematicamente questa è rappresentata dalla seguente reazione: acqua più energia elettrica uguale idrogeno più ossigeno:
H2O + elettricità → H2 + 1/2 O2

Mediante l’uso di energia solare fotovoltaica si può produrre idrogeno elettrolitico e ossigeno che poi possono essere fatti ricombinare nelle celle a combustibile per produrre l’energia elettrica di cui abbiamo bisogno.
Come prodotto finale di scarto si genera una quantità di acqua pura pressappoco uguale a quella di partenza, chiudendo in tal modo il ciclo senza emissioni inquinanti.
Le due principali utilizzazioni previste in futuro per l’idrogeno e per cui si sta lavorando attualmente nei laboratori di ricerca riguardano l’impiego come combustibile per la generazione di energia elettrica e per il trasporto. Impianti per la produzione centralizzata di energia elettrica e motori a combustione interna alimentati a idrogeno sono già fattibili sulla base delle tecnologie esistenti e anche con emissioni sensibilmente ridotte rispetto a quelle degli impianti convenzionali.
Deve tuttavia essere ulteriormente migliorato il rendimento e abbassati i costi; per questo sono in corso di sperimentazione materiali e soluzioni innovative che dovrebbero arrivare a maturazione nel giro di alcuni anni.
Inoltre l'idrogeno prodotto può essere utilizzato per i trasporti (alcune case automobilistiche hanno già sviluppato modelli di automobili e ciclomotori a idrogeno) e per particolari applicazioni industriali.






§2. Nanotecnologia


Il termine "nanotecnologia" fu coniato nel 1976 da Eric Drexler. Il prefisso nano- indica una grandezza matematica pari a 10-9 (cioè un miliardesimo della grandezza considerata): si tratta dunque di una tecnologia a livello atomico, una scala che vede confondersi le applicazioni della chimica con quelle della fisica, l'ingegneria genetica con la quantistica. La nanotecnologia agisce sulla natura delle connessioni fra gli atomi, dalla quale risulta la proprietà della materia. Gli strumenti di questa tecnologia consistono in "macchine" microscopiche in grado di agire su singoli atomi.
Nell’applicazione industriale della nanotecnologia vi sono due diverse fasi:
1) il piano di costruzione finale dell’oggetto (sia esso un motore per astronave, una terapia per il cancro o una ricetta di cucina) che sarà registrato in una prima macchina, il seme.
Il seme conterrà un "nanocomputer", vale a dire un processore in possesso di un meccanismo logico su scala atomica, della capacità di 1 miliardo di bytes stivato in 1 micron cubico, pari a 1 millesimo del volume di una cellula umana. La prima generazione di assemblatori, delle dimensioni di 1 submicron, si moltiplicherà esponenzialmente duplicando se stessa.
La nanomacchina-seme sarà iniettata in un fluido viscoso contenente migliaia di miliardi di nanomacchine "assemblatrici" generate da quella prima, singola copia, ciascuna con il proprio nanocomputer, che agiranno seguendo le istruzioni del piano. Questa seconda generazione di macchine costruirà il prodotto finito vero e proprio, muovendosi agevolmente in un liquido che trasporterà anche le materie prime e fungerà da raffreddamento. L’energia sarà fornita dal sole, come dimostra quella straordinaria forma di nanotecnologia che è la sintesi clorofilliana.



Quello che ci interessa mettere in evidenza, è come la nanotecnologia oggi, non sia affatto una chimera inseguita da qualche scienziato pazzo, ma un campo in fortissima espansione sul quale stanno lavorando i migliori gruppi di ricercatori di tutto il pianeta.
Domani la nanotecnologia sarà un’ulteriore sviluppo del potere dell’uomo sulla Natura: tutto potrà mutare e trasformarsi in qualsiasi cosa; la nanotecnologia permetterà di sviluppare le prime forme d’intelligenza artificiale (IA).

Approfondimento sugli effetti delle nanotecnologie


La rivoluzione nanotech è prevista intorno alla metà del XXI secolo. Fra le conquiste scientifiche che la nanotecnologia metterà nelle nostre mani (alcune di queste, nell'opinione corrente sono già associate all'ingegneria genetica) ci sono la trasformazione della materia a livello atomico e la sua duplicazione, computer delle dimensioni di 1/100 di micron cubico, la conquista dello spazio, la definitiva demolizione dei rifiuti, la messa a punto di nuovi materiali resistenti come il diamante, una medicina che agisce selettivamente sulle molecole, la ricostruzione in vitro di tessuti organici, un'anestesia estremamente efficace, un prolungamento della vita molto vicina all'immortalità, fino ad arrivare a quello che purtroppo è l'aspetto inaccettabile dello sviluppo di queste tecnologie: sconvolgenti novità nella costruzione di armi di distruzione di massa.

Bibliografia

- http://www.enernew.it/speciale-idrogeno/tecnologia-dellidrogeno
- http://www.energiasolare100.it/images/-giochi/idrogeno%20kit%202.jpg
- http://www.tmcrew.org/eco/nanotecnologia/nanotech.htm
- http://bstone.it/archivio/admin/uploadpics/1768322c935661c.jpg
- http://blog.motorsportracing.it/wp-content/uploads/2008/08/taiki_460x0w.jpg

Ricerca svolta da F. Branchetti, M. Grigorcea, M. Lanzi, J. Orihuela, N. Vesco - Classe 2°D

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