Elettroni & Acqua

Una Cella in esposizione  

Una Cella in esposizione

Il titolo si riferisce al risultato che si ottiene utilizzando delle Celle a Combustibile (Fuel Cells in inglese) alimentate ad idrogeno ed ossigeno: un flusso di energia elettrica utilizzabile e, come prodotto di scarto, acqua sufficientemente pura da essere potabile.

La definizione tecnica precisa delle Celle a Combustibile è: un dispositivo elettochimico che permette di ottenere elettricità direttamente da certe sostanze senza che avvenga alcun processo di combustione termica. In pratica una reazione elettrochimica che si basa sull’idea di ‘spezzare’ le molecole dei combustibili in ioni positivi ed elettroni; questi ultimi, passando in un circuito esterno, forniscono una corrente elettrica proporzionale alla velocità della reazione chimica (vedi anche lo schema qui sotto). Funziona quindi in tutto e per tutto come una batteria, con la differenza che occorre fornire i reagenti in maniera continua e questi reagenti devono essere il più possibile liberi da impurità.

Come funziona una Cella a Combustibile

Come funziona una Cella a Combustibile

Quando la NASA progettò la capsula Apollo si trovo di fronte a tre alternative per garantire la corrente elettrica necessaria al suo funzionamento:

  • i pannelli solari (una buona scelta dal punto di vista della affidabilità ma purtroppo sarebbero serviti pannelli molto grossi per il fabbisogno energetico del CSM che sarebbero stati sottoposti oltretutto a un notevole stress meccanico durante le accensioni dell’SPS)
  • le batterie (una scelta molto affidabile ma purtroppo il peso delle batterie necessarie per un viaggio fino alla Luna e ritorno sarebbe stato eccessivo)
  • le celle a combustibile (la soluzione poi adottata che non presentava i problemi degli altri metodi ma era una tecnologia relativamente acerba)

La scelta cadde sulle celle, in virtù anche del fatto che la loro adozione avrebbe risolto contemporaneamente anche il problema della disponibilità di acqua. Di nuovo per questa tecnologia, il Progetto Apollo deve molto ai voli delle capsule Gemini: fu infatti nel corso di queste missioni che le celle vennero sperimentate per lunghi periodi nello spazio dimostrando la loro efficacia ed affidabilità.

La United Technologies Corporation Power  fu scelta come fornitrice delle celle della NASA per il progetto Apollo (e anche per lo Shuttle).

La disposizione delle Celle nel SM

La disposizione delle Celle nel SM

Le celle a combustibile (3 in tutto) si trovavano nel modulo di servizio (SM), insieme ai serbatoi criogenici con i loro combustibili (idrogeno e ossigeno,mantenuti allo stato liquido).
Erano alte 1,1 mt per 55 cm di diametro e pesavano 110 Kg; erano costruite in titanio, acciaio inossidabile e nickel. Ogni cella era costituita in realtà da 31 piccole celle, ognuna delle quali era in grado di generare 1 volt (il voltaggio nominale era compreso tra 27 e 31 volt). La temperatura di esercizio era intorno ai 205° C. L’efficienza era pari al 70%, abbastanza elevata ma comunque veniva generata una discreta quantità di calore, usato in parte per riscaldare i reagenti prima del loro ingresso nella cella, in parte disperso tramite un un sistema di radiatori.

Ognuna delle tre celle era poi accoppiata al sistema di stoccaggio dell’acqua (utilizzato per il rafreddamento dei sistemi delle capsule e per l’uso da parte dell’equipaggio) e al sistema di distribuzione dell’energia. L’ unica attività di manutenzione svolta dall’equipaggio era quella di effettuare lo spurgo degli elettrodi ad intervalli regolari (una volta al giorno per quello dell’ossigeno, ogni due giorni per quello dell’idrogeno) per ripulirli dalle impurita’ accumulate.

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