Idrogeno per migliori celle a combustibile accoppiate con le rinnovabili
Riuscire a soddisfare la domanda energetica mondiale in un modo sostenibile che riduce al minimo sia la dipendenza dall’instabile mercato dei combustibili fossili che le emissioni associate è una delle principali sfide del XXI secolo. Tuttavia, al fine di sfruttare nel modo più efficiente gli eccessi di capacità nella produzione di elettricità provenienti dalle FER per sottoporre a elettrolisi l’acqua e produrre idrogeno a elevata purezza, si devono affrontare delle sfide relative a costi, prestazioni, stabilità ed efficienza delle celle a combustibile a membrana elettrolitica polimerica (polymer electrolyte membrane, PEM). Il progetto ELECTROHYPEM (Enhanced performance and cost-effective materials for long-term operation of PEM water electrolysers coupled to renewable power sources), finanziato dall’UE, è stato istituito per supportare delle applicazioni residenziali diffuse e un’infrastruttura decentralizzata per la produzione dell’idrogeno. L’iniziativa si è concentrata su elettrocatalizzatori a basso costo, elettrodi a basso carico di metallo nobile e sviluppo resistente della membrana. Gli elettroliti polimerici sviluppati dai partner del progetto includevano nuovi ionomeri perfluoro solfonati rinforzati a catena laterale corta chimicamente stabilizzati e membrane solfonate per idrocarburi, oltre ai loro compositi con riempitivi organici. Gli obbiettivi per queste membrane erano un’elevata conduttività ionica, un’ampia gamma di temperature di funzionamento (fino a 150 °C), e una migliore resistenza rispetto alle membrane convenzionali. Essi includevano anche una ridotta degradazione meccanica durante il funzionamento ad alta pressione. Sono anche stati sviluppati elettrocatalizzatori a basso carico di metalli nobili nano dimensionati a base di ossidi misti per l’evoluzione supportata dall’ossigeno (oxygen evolution reaction, OER) e per l’evoluzione supportata dell’idrogeno (hydrogen evolution reaction, HER) assieme a nuovi elettrocatalizzatori non preziosi per l’evoluzione dell’ossigeno. Assemblati membrana-elettrodi (membrane-electrode assemblies, MEA) ad ampia area basati su questi componenti sono stati convalidati in prototipi di elettrolizzatore PEM. Lo stack è stato integrato in un sistema e valutato in termini di durata in condizioni di funzionamento a regime stazionario oltre che in presenza dei profili attuali che simulano condizioni intermittenti. ELECTROHYPEM ha affrontato tutte le attuali barriere al diffuso utilizzo commerciale di sistemi che combinano le FER all’elettrolisi dell’acqua per la produzione di idrogeno. Le membrane e gli elettrocatalizzatori nuovi miglioreranno significativamente le prestazioni e la durata, riducendo allo stesso tempo i costi.
Parole chiave
Fonti energetiche rinnovabili, elettrolisi, idrogeno, celle a combustibile a membrana elettrolitica polimerica, ELECTROHYPEM, elettrocatalizzatori, ionomeri perfluoro solfonati, membrane solfonate idrocarburi, assemblati membrana elettrodi
