Luglio 25, 2024

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Perché non produciamo acqua in grandi quantità se ne conosciamo la struttura molecolare?

Perché non produciamo acqua in grandi quantità se ne conosciamo la struttura molecolare?
La creazione dell’acqua richiede un’enorme quantità di energia.
Marina Fernández Marina Fernández Meteorite argentino 9 minuti

Conosciamo molti metodi fisici e chimici per catturare, dissalare, purificare, rendere potabile l’acqua e ridistribuirla. In modo da poter riutilizzare questa risorsa vitale. Nonostante i progressi tecnologici in questo campo in modi sempre più efficaci, Ciò non basta e la crisi idrica continua ad aggravarsi.

Dall’unione di due atomi di idrogeno (H) e un atomo di ossigeno (O), si ottiene: H2O (monossido di idrogeno), che è la formula molecolare dell’acqua. Abbiamo gli ingredienti a disposizione, ma ovviamente uno dei passaggi di questa “ricetta” non deve essere facile da eseguire in laboratorio; Ci sono ragioni per non crearli collettivamente.

È possibile produrre acqua?

Sì, “produrre” acqua da zero è possibile, ma ci sono una ragione fondamentale (o due) per non farlo in massa. Per questo motivo la scienza è costantemente alla ricerca di alternative tecnologiche per trovare il modo migliore per riutilizzare l’acqua. Poiché non siamo in grado di creare su larga scala fonti inesauribili di “nuova acqua artificiale”, E ancor meno installarli in luoghi strategici del pianeta per porre fine alla crisi idrica. Ti spieghiamo perché non produciamo acqua da zero.

Creazione dell’acqua: elettrolisi e fotolisi

L’acqua può essere ottenuta in laboratorio attraverso due processi principali: elettrolisi e fotolisi.

L’elettrolisi è il processo mediante il quale l’acqua viene scomposta nei suoi componenti di base, ossigeno e idrogeno. Applicando una corrente elettrica. L’ossigeno viene rilasciato su un elettrodo e l’idrogeno sull’altro. Questi due gas possono quindi essere combinati e ricombinati per formare nuovamente acqua. Questo processo viene utilizzato in alcune applicazioni industriali, come la produzione di idrogeno come combustibile.

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Rappresentazione 3D dell'elettrolisi dell'acqua su un tavolo di legno con tubi per produrre gas idrogeno e ossigeno.  Immagine generata dall'intelligenza artificiale
Rappresentazione 3D dell’elettrolisi dell’acqua su un tavolo di legno con tubi per produrre gas idrogeno e ossigeno. Immagine generata dall’intelligenza artificiale.

D’altra parte, La fotolisi prevede la separazione dell’acqua nei suoi componenti base attraverso l’esposizione alla luce. Ciò si ottiene utilizzando un fotocatalizzatore, una sostanza che assorbe la luce e catalizza una reazione chimica. L’ossigeno e l’idrogeno possono quindi essere combinati come nell’elettrolisi.

Non è possibile pensare di produrre acqua su larga scala in questi modi, perché la reazione che si innescherebbe ha un costo economico elevato da un lato, e dall’altro libera un’enorme quantità di energia estremamente pericolosa che può creare massicce esplosioni.

In entrambi i modi di creazione, Richiede un’enorme quantità di energia, il che rende questo processo inefficace e molto pericoloso. Tuttavia, questi processi sono essenziali in alcune applicazioni industriali e possono avere importanti implicazioni per la ricerca sulle tecnologie verdi e la produzione di combustibili puliti.

Progressi nella produzione di acqua

Gli scienziati hanno lavorato per anni per trovare diversi modi per creare l’acqua. Un gruppo pionieristico del Dipartimento di Chimica dell’Università dell’Illinois, USA, Pubblicato nel 2007 Un nuovo modo di produrre acqua per evitare una grande esplosione. Tuttavia, Questo processo è ancora molto costoso e anche inefficiente, ma può essere utilizzato per altri scopi importanti.

La reazione (2H2 + O2 = 2H2O + energia) è nota da secoli.
La reazione (2H2 + O2 = 2H2O + energia) è nota da secoli.

“La reazione (2H2 + O2 = 2H2O + energia) è nota da secoli, ma finora nessuno l’aveva realizzata in una soluzione omogenea” Thomas Rauchfuss, professore di chimica all’università e autore principale dell’articolo, ha dichiarato:

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La ben nota reazione descrive anche ciò che accade all’interno di una cella a combustibile a idrogeno. In una tipica cella a combustibile, il gas idrogeno (H2) entra in un lato della cella e il gas ossigeno (O2) entra nell’altro lato.

Perché l'acqua non viene prodotta in grandi quantità se ne conosciamo la struttura molecolare?
Perché l’acqua non viene prodotta in grandi quantità se ne conosciamo la struttura molecolare?

Le molecole di idrogeno perdono i loro elettroni e si caricano positivamente attraverso un processo chiamato ossidazione, mentre le molecole di ossigeno acquistano quattro elettroni e si caricano negativamente attraverso un processo chiamato riduzione. Gli ioni di ossigeno caricati negativamente si combinano con gli ioni idrogeno caricati positivamente per formare acqua e rilasciare energia elettrica.

Rauchfuss ha affermato che la “parte difficile” della cella a combustibile è la reazione di riduzione dell’ossigeno, non la reazione di ossidazione dell’idrogeno. “Tuttavia, abbiamo scoperto che nuovi catalizzatori per la riduzione dell’ossigeno possono anche portare a nuovi mezzi chimici di ossidazione dell’idrogeno”.

Rauchfuss e Hayden hanno recentemente studiato una generazione relativamente nuova di catalizzatori di idrogenazione di trasferimento da utilizzare come idruri metallici non convenzionali per la riduzione dell’ossigeno.

Questi ricercatori si concentrano sulla reazione ossidativa dei catalizzatori di idrogenazione di trasferimento a base di iridio in una soluzione omogenea non acquosa. Hanno scoperto che il composto dell’iridio influenza sia l’ossidazione degli alcoli che la riduzione dell’ossigeno.

“La maggior parte dei composti reagiscono con l’idrogeno o l’ossigeno, “Ma questo catalizzatore interagisce con entrambi”, ha detto Hayden. “Reagisce con l’idrogeno per formare idruro, poi reagisce con l’ossigeno per formare acqua; lo fa in una cartuccia omogenea e non acquosa.” Hayden ha affermato che i nuovi catalizzatori potrebbero eventualmente portare allo sviluppo di celle a combustibile a idrogeno più efficienti, riducendone significativamente i costi.

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La soluzione è: non inquinare l’acqua

Al centro della crisi idrica c’è la consapevolezza che l’acqua è inesauribile e che la quantità di acqua sulla Terra è sempre stata la stessa. Ciò che accade è che lo inquiniamo e in alcune aree non è più facilmente disponibile. Questa è una delle conseguenze del degrado degli ecosistemi (come foreste e zone umide), che fanno parte del ciclo dell’acqua e filtrano e immagazzinano questa risorsa vitale, lasciandola pulita e in quantità sufficienti.

Credito immagine: WC del servizio meteorologico nazionale NOAA Jetstream
Credito immagine: WC del servizio meteorologico nazionale NOAA Jetstream

COSÌ, Dobbiamo fermare l’inquinamento dell’acqua, dobbiamo aumentare la quantità di piante e proteggere gli ecosistemi esistenti.

Inoltre, è molto necessario apprendere la gestione e l’uso consapevole dell’acqua. Per dirla in numeri, Per produrre un chilogrammo di carne bovina si possono consumare tra i 500 e i 20mila litri di acqua A seconda del paese e del luogo di origine della carne. Secondo i dati delle Nazioni Unite, l’industria tessile è responsabile del 20% dell’acqua inquinata nel mondo. Per produrre i jeans, ad esempio, sono necessari dai 2.000 ai 3.000 litri d’acqua. Secondo uno studio condotto presso l’Università Politecnica di Madrid.