Cinquantamila.it La storia raccontata da Giorgio Dell'Arti

L’auto di domani? Andrà a metallo. Il Sole 24 Ore 24/11/2005. Le strade avvolte dalla cappa di smog sono la prova tangibile del nostro amore per i motori, ma il prezzo del petrolio alle stelle e l’effetto serra potrebbero porre fine a questa passione una volta per tutte. C’è però una cosa che è bene sappiate prima di iniziare a risparmiare per comprare la tanto promessa auto elettrica. L’auto del futuro funzionerà a metallo. O almeno è quanto sostiene Dave Beach, un ricercatore dell’Oak Ridge National Laboratory in Tennessee, che si è fatto avanti con un progetto che trasforma il modo di alimentare i motori. Pezzi di metallo quale il ferro, l’alluminio o il boro sono la soluzione in cui crede. Trasformati in una polvere di grani che misurano appena qualche nanometro di larghezza, questi diventano altamente reattivi e, se gli si dà fuoco, liberano un’abbondante quantità di energia. Beach calcola che una berlina che abbia un motore ad hoc e un serbatoio pieno di metallo, sarebbe in grado di percorrere il triplo dei chilometri di un’equivalente auto a benzina. Non inquinerebbe affatto, grazie al modo in cui questo nano-carburante metallico brucia: nessuna emissione di anidride carbonica, né di polvere e fuliggine, e nemmeno di ossido di azoto. Per di più, questo carburante è completamente ricaricabile, e le nanoparticelle usate possono essere ribruciate in continuazione se trattate con un po’ di idrogeno. Sarebbe l’inizio di una nuova età del ferro, e non solo per le auto. Ogni tipo di motore, dalle caldaie domestiche alle turbine delle centrali elettriche, potrebbe essere convertito per poter bruciare metallo. Fare il pieno con qualcosa che fondamentalmente è limatura di ferro può sembrare strano, ma i veicoli possono funzionare con ogni sorta di materiale, dal metano alla polvere di carbone o polvere da sparo. Quindi, perché non il metallo? Dopotutto, un cumulo di polvere di ferro che brucia sprigiona quasi il doppio dell’energia di un pari volume di benzina e se si rimpiazzasse il ferro con il boro se ne otterrebbe cinque volte di più. La polvere di metallo viene già usata nei razzi, ad esempio in quelli dei siluri e nei potenti vettori dello shuttle, dove si aggiunge dell’alluminio per avere quella spinta d’accelerazione in più. Tuttavia, mettere del metallo nel motore di un razzo è ben altra faccenda che usarlo nel motore di un’auto. Quando i granuli di metalli come il ferro e l’alluminio vengono a contatto con l’aria, si ricoprono di uno strato di ossido che occorre rimuovere perché possano prender fuoco. Per dar inizio alla combustione della maggior parte dei metalli, occorre una fonte di calore con una temperatura di almeno 2000° C, ossia sufficientemente forte da vaporizzare lo strato di ossido e metter a nudo il metallo reattivo sottostante. Se questo è fattibile in un razzo, non è così semplice nel motore di un’auto. Un’altra difficoltà è che l’ossido di metallo, quando si raffredda, si solidifica formando cenere. Salomon Labinov, che è pure ricercatore a Oak Ridge, conosce fin troppo bene il problema. All’inizio degli anni Ottanta, quando era direttore dell’Istituto di ingegneria a Kiev in Ucraina, lui e la sua équipe tentarono di bruciare particelle di ferro della dimensione di un micron (un millesimo di millimetro, ndt) in un motore a combustione interna. Modificarono il motore affinché potesse funzionare a temperature elevate, ma scoprirono che l’ossido sotto forma di cenere si depositava sui pistoni, sulle pareti dei cilindri e sulle valvole intasando il motore. Non riuscirono ad aggirare il problema e si arresero. Labinov si è poi trasferito negli Usa a Oak Ridge e nel 2003 ha suggerito a Beach e al teorico Bobby Sumpter un nuovo approccio alla questione, questa volta usando nanoparticelle (un nanometro = un milionesimo di millimetro, ndt). Durante gli esperimenti hanno scoperto che le nanoparticelle di ferro della misura di 50 nanometri circa si infiammavano molto più facilmente dei granuli di ferro più grossi con cui Labinov aveva lavorato: era sufficiente una temperatura di circa 250° C, o persino una semplice scintilla. Gli scienziati, nel corso degli esperimenti, si sono resi conto che le nonoparticelle reagivano assai diversamente dai loro parenti di grana più grossa. Le nanoparticelle bruciano più facilmente perché il loro rapporto superficie-volume è elevatissimo. Una volta incendiate da una scintilla, bruciano assai velocemente e la temperatura di combustione generata raggiunge un picco di circa 800° C, sufficientemente elevata da produrre lavoro ma non tanto da fondere un motore in lega. La nota cruciale è che le nanoparticelle, diversamente dalle microparticelle, non si scaldano abbastanza da evaporare o addirittura liquefarsi, ma semplicemente si ossidano generando una certa quantità di nanoparticelle di ossido che non si attaccano alle pareti dei cilindri né ostruiscono il motore. Il residuo pulito di ossido di ferro lasciato dalla combustione ha dato a Beach un’idea: riconvertire l’ossido di ferro in carburante riutilizzabile. Non è stato difficile, ha portato il combustibile bruciato a una temperatura di 425°C in un getto di idrogeno, le particelle di ossido di ferro si sono trasformate in ferro e l’idrogeno si è combinato con l’ossigeno formando acqua. A quel punto, il carburante era pronto per essere bruciato di nuovo. Completato il primo stadio della ricerca, l’équipe vuole ora progettare un motore che funzioni con quel carburante. E Beach è convinto che sia cosa facile trasformare i motori a combustione esterna come ad esempio le turbine a gas, di cui sono forniti i jet e i carri armati, o persino quelli usati per produrre energia nelle centrali elettriche. Questi motori funzionano con carburante metallico senza grandi difficoltà, sebbene necessitino di modifiche ai sistemi di distribuzione del carburante e si debba anche escogitare un modo per raccogliere quello usato. Un’altra possibilità è quella di usare tale combustibile per alimentare gli Stirling, efficienti motori a combustione esterna, dove il fluido o il gas che sta nel cilindro viene alternativamente scaldato e raffreddato in modo da muovere un pistone. I motori Stirling sono usati in apparecchi domestici che fungono da caldaia e da generatore, come pure per il raffreddamento dei satelliti. Per quanto concerne le automobili, il motore Stirling offre un’opportunità: la Nasa e alcuni produttori di auto, inclusa la Ford, hanno già fatto dei tentativi progettandone esemplari adatti ai veicoli. Beach spera di poter usare il suo carburante metallico anche in motori a combustione interna. Un motore diesel modificato potrebbe essere alimentato con polvere di nanoparticelle, così come in quello normale di usa la miscela. Si avrebbe, in ultima analisi, un motore simile a quello tradizionale ma senza emissioni di anidride carbonica, di particolato nocivo o persino di azoto. Questi composti si formano di solito nella combustione ad alte temperature, ma Beach ha dimostrato che può abbassare il calore a circa 525°C modificando la dimensione degli agglomerati di particelle. Tuttavia, c’è ancora molto da fare per individuare il giusto equilibrio tra temperatura, velocità di combustione e efficienza meccanica. Un veicolo che funziona con carburante metallico dovrebbe soddisfare sia i conducenti che gli ambientalisti. Beach calcola che, con un serbatoio che ne contiene 33 litri, il motore di un’auto percorre la stessa distanza che farebbe con 50 litri di benzina o diesel. Un carico pesante. Beach ha persino trovato delle soluzioni al problema del peso. Usando ad esempio nanoparticelle di alluminio, e non di ferro, si quadruplica l’energia ottenuta da un chilo di materiale. Con il boro se ne ottiene addirittura sei volte di più. Ovviamente il carburante sarebbe più costoso perché questi metalli sono più cari. L’alluminio, per esempio, è 15 volte più costoso del ferro. Siamo ancora agli albori dell’energia metallica. I ricercatori di Oak Ridge stanno ancora cercando fondi per costruire un prototipo di motore e Beach deve ancora fare una valutazione accurata dell’economicità di questo carburante. L’équipe ha inoltre in programma una serie di esperimenti per individuare la misura ottimale delle nanoparticelle e il modo migliore di immagazzinare, far circolare e recuperare il materiale in un motore vero. E anche se il loro lavoro fosse coronato dal successo, chi comprerebbe la prima auto a metallo, quando non c’è ancora un distributore dove rifornirla, e chi oserebbe installare una rete di stazioni di rifornimento fintanto che non ci sono auto da rifornire? I motori che funzionano a metallo sono perlomeno un’ulteriore voce che si aggiunge alla lista delle alternative al petrolio. E qualsiasi cosa succeda, l’idea ingegnosa di Beach offre una possibilità interessante. In passato, i magnati dell’energia hanno guadagnato miliardi col carbone, il petrolio e le riserve di gas. In futuro, potrebbero estrarre ricchezza dai cimiteri delle auto di ieri trasformandole in carburante per le auto di domani. Kurt Kleiner

IL SOLE 24 ORE 24/11/2005