L'auto a alluminio

Commentando l'articolo L'auto ad acqua e il moto perpetuo, Gianni Comoretto scrive:

Andava di moda qualche tempo fa un' "auto ad alluminio".  La cosa non e' completamente da buttare, ad es. qui e' descritto un processo che produce idrogeno "a richiesta" da una lega di alluminio e gallio (il gallio non è consumato e viene riciclato direttamente).

Ovviamente poi occorre riciclare l'ossido di alluminio in alluminio metallico, e non ho fatto i conti delle rese energetiche (immagino disastrose). Ma l'alluminio e' facile da immagazzinare e trasportare, al contrario dell'idrogeno, per cui si puo' pensare che valga la pena di utilizzarlo come vettore energetico. 

Resta il problema delle celle a combustibile: trasformare idrogeno in elettricità è un processo costoso, ineffficicente, e "delicato" (le celle funzionano bene se trattate coi guanti, non certo adatte per l'uso automobilistico). 

Prendendo spunto da questo commento di Gianni e da una presentazione di Jerry Woodall che ha inventato questo processo, mi sono "divertito" (si sa che ciascuno si diverte come può...) a fare qualche calcolo sul rendimento di un'ipotetica auto a alluminio.  Il calcolo è spiegato più sotto in dettaglio. Qui mi limito alle conclusioni.

1. Utilizzando 1 kg di alluminio è possibile produrre 0,11 kg di idrogeno che in una fuel cell fornisce  circa 8,5 MJ di energia.
2. Peccato che per rigenerare l'alluminio occorrono ben 71,4 MJ. Il rendimento è quindi del 12%, davvero un po' bassino...
3. Il carburante di quest'auto sarebbe davvero pesantissimo: 300 kg per un'autonomia di 300 km.
4. Tenendo conto delle riserve note di gallio, sarebbe possibile costruire al più 90000 auto con autonomia di 300 km.

Insomma, c'è poco da fare: dovremo pedalare!

(1) La reazione di sintesi dell'idrogeno a partire da alluminio e acqua è

         2Al + 3H2O --> 3H2 + AlO3

con un'entalpia di reazione pari a circa -409 kJ/mole (di Al). In altri termini, facendo reagire 1 kg di Al e 1 kg di acqua si ottiene 0,11 kg di H2, e 15 MJ sotto forma di calore. Questo calore è sostanzialmente "perso.

(2) 0,11 kg di idrogeno reagiscono con l'ossigeno per formare acqua fornendo un'energia teorica di 15,87 MJ. Supponendo per la fuel cell a idrogeno un rendimento del 54%, si ottengono quindi circa 8,5 MJ di energia partendo da 1 kg di Al.

(3) Per rigenerare l'alluminio trasformato in allumina, occorre  spendere la bellezza di 71,4 MJ/kg. Questo dato è fornito dallo stesso Woodall nella sua presentazione (anche se, essendo americano, parla di kWh/libbra...).

(4) Il rendimento di questa trasformazione energetica è quindi 8,57/71,4= 12%. Se si usasse l'idrogeno in un motore a combustione interna, avremmo probabilmente risultati ancora più  disastrosi.

(5) Il reagente è una lega di alluminio e gallio al 28% di alluminio (il gallio serve come catalizzatore). Supponiamo come fa Woodall che l'automobile a idrogeno consumi 3,5 MJ/km (l'equivalente di 100 km con 8 litri di benzina). In tale caso, per percorre 1 km ha bisogno di

• 0,21 kg di Al
• 0,21 kg di H2O 
• 0,55 kg di Ga
  

(6) Woodall sottolinea il fatto che l'alluminio è uno degli elementi più abbondanti della crosta terrestre. Questo è vero, ma l'elemento critico di questo processo è il gallio che è infinitamente più raro. Con le riserve stimate dall'USGS in 15000 t, si potrebbero al più produrre 90000 veicoli