Ironman, Alimentazione tuta – Idrogeno e Fuel Cell – Idea

In questo articolo parliamo di pile a combustibile e del loro utilizzo come fonte di alimentazione per la nostra tuta Iron Man.

Le pile a combustibile (anche dette fuel cells) sono generatori di corrente. Esse funzionano secondo il principio di qualsiasi generatore/motore esistente: trasformano un tipo di energia in un altro.

La maggior parte dei motori sfruttano l’energia immagazzinata nei carburanti per produrre direttamente movimento. Questo è possibile sfruttando reazioni esoergoniche  esplosive (esoche?!? xD. Significa “che liberano energia”) in cui l’energia del composto (contenuta nei legami molecolari) viene liberata e ceduta all’ambiente, sotto forma di energia cinetica, durante la trasformazione. L’energia cinetica prodotta viene sfruttata per propellere il mezzo, o direttamente, come nei motori a razzo, o indirettamente, come nei motori a combustione interna (in cui l’esplosione muove un pistone, che muove un albero, che muove le ruote).
La maggior parte dei generatori funziona secondo i principi dell’elettrochimica. Il succo, comunque, è lo stesso. Anche essi sfruttano l’energia contenuta in un composto, facendolo reagire con un altro, con la sola eccezione di non utilizzare l’energia di legame, ma l’energia degli elettroni atomici.

Le pile a combustibile operano secondo la logica appena descritta.

Funzionamento di una pila a combustibile idrogeno-aria

(non scendo nei dettagli del processo, se vi interessa approfondire l’argomento potete farlo su wikipedia o Qui o fate una bella ricerca su Google xP).
Ci basta sapere che in questo tipo di pila avviene la reazione

Idrogeno + Ossigeno ==> Acqua + Energia elettrica

Devo ammettere che quando ho scoperto questa tecnologia sono rimasto piacevolmente sorpreso, in me è scattata una scintilla.
L’ossigeno è presente nell’aria che respiriamo, l’idrogeno è facilmente ottenibile da una reazione di elettrolisi dell’acqua (che è esattamente l’opposto di quello che avviene nella cella appena descritta)

Acqua + Energia elettrica ==> Idrogeno + Ossigeno
(elettrolisi)

A questo punto vi chiederete: “Ma perchè questa dovrebbe essere proprio la tecnologia adatta alla nostra tuta?”
Rispondo subito:
Oltre ad alimentare queste celle, la reazione idrogeno-ossigeno è la stessa utilizzata per i motori dello space shuttle…

Io pensavo ad una cosa del genere:

-Utilizzando dei serbatoi in pressione (tecnologia attuale, ce ne sono di migliori in sviluppo) partiamo con un carico di idrogeno.
(Il nostro carico, a parità di energia, occuperà dalle 4 alle 6 volte più spazio della benzina.  Ma ricordiamoci sempre che il motore a combustione interna ha un basso rendimento, quindi a conti fatti il rapporto dei volumi (a parità di spinta prodotta in “modalità propulsione”) dovrebbe essere circa 2/1 per lo stoccaggio in altissima pressione, 3/1 per quello a pressione moderata).

-l’idrogeno verrà quindi utilizzato come combustibile per la propulsione (che sarà a razzo)

-L’armatura sarà provvista di una pila a combustibile per la produzione di energia idrogeno-aria. E di una seconda pila a combustibile operante in modalità elettrolisi.

-L’energia elettrica necessaria all’elettrolisi verrà fornita da pannelli solari flessibili. Questa tecnologia è già commercializzata anche in italia (per esempio da solbian).
La mia idea prevedeva che il rivestimento più esterno della tuta fosse totalmente fotovoltaico.

-L’acqua da elettrolizzare è la stessa acqua che viene prodotta dalla pila a combustibile che alimenta la tuta.

-L’energia in eccesso proveniente dai pannelli (se dovesse esserci) verrebbe così convertita in idrogeno, utilizzato come carburante, per la propulsione oppure per la fuel cell.

Sembra complicato, ma in effetti credo sia fattibile.

Tutto questo discorso, detto così, sembra affascinante.
In effetti lo è, ma sono scettico sulla possibilità di “volare” nel vero senso della parola.

Credo che con lo stoccaggio dell’idrogeno in serbatoi a pressione la nostra capacità di volo sia abbastanza limitata. E dubito fortemente che il tasso della produzione di idrogeno per elettrolisi riesca a compensare questa limitata capacità dei nostri serbatoi.
Senza calcoli alla mano non posso dire nulla ma ritengo che, come primo prototipo, dovremo accontentarci di un sistema di volo capace di piccoli/grandi balzi, di breve durata.
Personalmente, se riuscissi a entrare in casa dal balcone, sarei già più che soddisfatto. :P

Colgo l’occasione per salutare tutti quelli che seguono il blog. Noto con piacere che in giro ci sono centinaia di pazzi come noi che vogliono costruire Iron Man xD
Spero che questo blog possa essere una fonte di ispirazione per tutti.

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12 risposte a “Ironman, Alimentazione tuta – Idrogeno e Fuel Cell – Idea

  1. Ti seguo :D non vedo l’ora che esca il prossimo articolo!

  2. ci sono ;)

  3. Bello! :D
    Anche io ero dell’idea del fotovoltaico, però molto probabilmente l’energia immagazzinata (ammesso che ci sia abbastanza spazio eh XD) è troppo poca per permettere almeno più di un “salto”, visto che per il momento parliamo di super-salti. In caso di uso notturno poi che si fa? XD Non avremmo una ricarica utile in tempo utile (perdonatemi il gioco di parole! XD). Forse bisogna trovare qualcosa di alternativo al fotovoltaico, ma per il momento non ho idea di cosa si possa usare. Ma questa è un’altra storia.
    Volevo dire un’altra cosa in questo commento: l’idea è ottima per la propulsione. Ma se al posto dell’idrogeno usassimo solo acqua? Mi spiego meglio. Noi possiamo ottenere l’idrogeno dall’elettrolisi dell’acqua e potremmo riutilizzare anche l’ossigeno nella pila a combustibile (compensando la quantità ottenuta dall’elettrolisi prendendone in parte anche dall’esterno). Mi rendo conto anche che i tempi di propulsione sarebbero ridotti, ma si tratta di una sorta di risparmio energetico e di una pila un po’ più “pura” (l’aria esterna non contiene solo ossigeno O2, ma anche altre sostanze, la pila avrebbe un funzionamento ridotto o forse sarebbe addirittura mal funzionante con lo smog cittadino). Credo anche che la quantità immagazzinata di idrogeno (H2) solo soletto in un serbatoio sarebbe molto maggiore rispetto a quella di acqua (H20) in un serbatoio della stessa capienza, ma forse così avremmo una pila molto più performante e avremmo meno problemi di ricarica di acqua invece che di idrogeno (credo che sia anche più costoso dell’acqua!). L’unica cosa che bisognerebbe trovare è un modo per ricaricarsi d’acqua mentre, diciamo così, si è “in viaggio”, di certo non potremmo entrare in un supermercato con la tuta e dire “mi scusi, mi da una confezione d’acqua per favore?” XD, forse si può trovare un metodo alternativo anche a questo! XD
    Per il momento è tutto, spero di aver dato una dritta giustaaa!!
    Se dico boiate correggetemi pure, tanto non ho la presunzione di credermi un genio e poi io di boiate ne sparo tante! :D

    • Trappone! :O ahahah
      Comunque l’acqua, considerando che vola, non potrebbe prenderla dal cielo? Parlo delle condense o, perchè no, proprio delle nuvole! ahahah non mi linciate!

    • Sarebbe fighissima un’armatura che va ad acqua, ma non è possibile xD
      Hai fatto un po’ di confusione:
      L’acqua, di per se, non è un carburante valido.
      Immagina l’idrogeno e l’ossigeno come due calamite che si attraggono. Quando sono già a contatto esse rimangono così, non hanno potenziale.
      Se tu fornisci energia al sistema, staccando le due calamite con le mani, crei un potenziale. Se le avvicini, esse tenderanno a legarsi di nuovo attraendosi con una forza direttamente proporzionale a quella che tu hai applicato per dividerle.
      Immagina lo stesso processo, per l’acqua. Hai una calamita unita(H2O), per separarla (H2 + O2) devi consumare energia, ma se la fai unire ottieni la stessa energia indietro. Già solo secondo questa logica, capisci che questo processo è inutile. Non hai produzione di energia. Se poi calcoli che nel processo di conversione ci sono delle dispersioni, capisci che oltre che inutile è deleterio.

      L’unico motivo per cui sarebbe utile convertire l’acqua in idrogeno e ossigeno attraverso l’elettrolisi è quello di utilizzare la reazione che crea l’acqua come propulsione, poiché la propulsione non puoi ottenerla in altro modo (l’energia elettrica non può “spingerti” da sola), ma a questo punto ti conviene elettrolizzare l’acqua con tranquillità a casa e portarti sulla tuta direttamente dei serbatoi di idrogeno e ossigeno, che hanno un potenziale.

      Poi c’è un’ altra questione, relativa all’elettricità come alimentazione di altri apparati (escluso quello propulsivo): è meglio trasportare idrogeno e ossigeno e creare energia elettrica con una pila a combustibile? o è meglio trasportare direttamente energia elettrica con delle batterie?
      La questione si gioca sul significato di “meglio”.
      Potremmo privilegiare il peso, la semplicità, l’ingombro, l’impulso (quantità di energia*tempo), o altre variabili e la scelta cadrebbe ora sull’uno, ora sull’altro.
      Inoltre l’energia catturata dai pannelli solari conviene utilizzarla direttamente come energia elettrica anziché come energia di elettrolizzazione. L’ipotesi di utilizzarla come energia di elettrolizzazione avrebbe senso solo se la quantità di energia prodotta dai pannelli superi l’utilizzo di energia della tuta.

      Le questioni sono molte, e vanno valutate nella fase di “studio di fattibilità” con dati alla mano.

      Ps: l’acqua è molto più facile da immagazzinare dell’idrogeno… purtroppo.. xS

  4. Perché non alimentare l’armatura con una batteria ricaricabile a lunga durata come un reattore arch miniaturizzato come nel film??

    • Il reattore ARC del film non è una batteria ricaricabile, è proprio la fonte che genera l’energia per la tuta. Se non sbaglio il più piccolo reattore adatto allo scopo attualmente è il MMRTG, ma ha un diametro di 64 cm e 66 cm di lunghezza, leggermente “ingombrante”. Al di là del fatto che Tony Stark ce l’ha impiantato nel petto, la seconda versione del reattore utilizza anche un nuovo elemento stabile sintetizzato da Tony con un acceleratore di particelle artigianale.. e per quanto un acceleratore di particelle non sia tanto difficile da realizzare, sintetizzare un nuovo elemento non credo sia cosa di tutti i giorni.

  5. Salve, sono nuovo di questo blog ma mi ha già affascinato l’impegno messo in questo progetto. non ho abbastanza conoscenze per intraprendere un progetto simile o comunque consigliarvi quale sia la cosa migliore da fare. ora come ora frequento le superiori, più precisamente mi trovo nel ramo di operatore elettrico e ho il progetto che appena finite le scuole superiori qui in italia mi trasferirò a studiare all’estero, precisamente in america all’ M.I.T con l’intento di studiare quella che per ora è una mia passione, l’ingegneria meccanica. ora passando al post :) basandomi sulle mie conoscenze posso dire che una mia idea ( su cui farò sicuramente ricerche e studi più approfonditi ) per alimentare l’armatura è di usare un prototipo di reattore arc, mi spiego meglio: come si può riprodurre il reattore arc il più fedelmente possibile? un modo sarebbe disporre intorno ad un anello di metallo ( o altro conduttore ) dal diametro di 28 cm 10 parti isolate di lunghezza pari a 2 cm e distanziati l’uno con l’altro di 2 cm su cui devono poi essere delle bobine di rame composte da x spire e di x diametro, così mettendo sotto tensione una delle bobine si produrrebbe un campo magnetico che raggiunga le altre bobine che continuano così ad auto alimentarsi ( anche se non per sempre ). questa è però solo un idea visto che la corrente sotto forma di campo magnetico sarebbe bassissima eccetto se le misure sarebbero trasformate da cm in m. questo è qullo che posso ora come ora sapere per riprodurre un anello di corrente che si auto alimenta. un metodo per aumentare la corrente non mi viene proprio in mente oltre quello di aumentare le spire e/o il diametro del rame usat per le bobine… spero di aver contribuito anche se un poco o a modo mio, continuerò comunque a seguire il blog in attesa di nuove informazioni

  6. si puo aggiungere un piccolo motore elettrico per aiutare un pò la propulsione

  7. Eppure la scissione dell’acqua a bordo del veicolo forse non è impossibile: Stanley Meyer ci era riuscito negli anni ’90, e dopo la sua morte i progetti (tutto tranne che in notazione standard) sono stati messi su internet. Ora sembra che qualcuno sia riuscito a reinterpretarli correttamente (Lorenzo Errico, trovate un link ad un articolo qui: http://www.dionidream.com/arriva-lauto-ad-acqua-evoluta-entro-marzo-2015-5000km-con-5-litri/)

  8. questa idea delle celle a combustibile è da scartare… mettiamo casa che ci riesci… se qualcuno colpisce quei servatoi sei fottuto

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