Elettrolisi dell’acqua: un rimedio promettente per il problema dello stoccaggio dell’energia solare fuori rete
Le fonti di energia rinnovabile come il solare soffrono di squilibri della domanda e dell’offerta: producono un surplus di energia non utilizzata durante i mesi estivi, quando la domanda di elettricità è bassa, e forniscono energia limitata durante i mesi invernali, quando la domanda di elettricità è al massimo livello. Per superare questa sfida, le fonti rinnovabili devono essere integrate con fonti di energia in grado di colmare immediatamente il divario nella domanda e nell’offerta di energia. La produzione di idrogeno fornisce questa soluzione estremamente necessaria per lo stoccaggio di energia rinnovabile. Se si utilizza l’energia solare, la produzione di idrogeno è di per sé un processo pulito. Il surplus di energia viene utilizzato per alimentare l’elettrolisi, un processo che separa l’acqua nei suoi costituenti: idrogeno e ossigeno.
Stoccaggio dell’energia da idrogeno: la migliore alternativa fuori rete
I generatori diesel rappresentano attualmente una delle soluzioni fuori rete più comuni per accumulare energia solare. Tuttavia, questi generatori rilasciano grandi quantità di anidride carbonica, ossido di azoto e altre emissioni nocive nell’atmosfera. Inoltre, i costi operativi sono ampiamente influenzati dal mercato volatile del diesel. «Le batterie potrebbero rappresentare un’altra opzione per immagazzinare l’energia solare per un uso successivo, ma dovrebbero essere giganti per gestire le variazioni stagionali. Oltre a essere attivata da elettricità rinnovabile a zero emissioni di carbonio, l’elettrolisi può gestire variazioni transitorie sia a breve che a lungo termine della fornitura di energia rinnovabile», osserva Pedro Casero, coordinatore del progetto ELY4OFF, finanziato dall’UE. ELY4OFF ha dimostrato con successo un sistema autonomo di elettrolisi fuori rete alimentato esclusivamente dalla tecnologia dell’energia solare. «Abbiamo progettato un sistema di elettrolisi con membrana a scambio protonico (PEM, proton exchange membrane) da 50 kW accoppiato a una cella solare. Il sistema ibrido produce oltre 1,5 tonnellate di idrogeno all’anno. La tecnologia di elettrolisi PEM ha tempi di risposta rapidi e caratteristiche di avvio/spegnimento. La produzione di idrogeno inizia immediatamente in condizioni ambientali», spiega Casero. Nel complesso, il sistema ibrido funziona a elevata efficienza in presenza di qualsiasi carico, producendo idrogeno ad alta purezza per qualsiasi utilizzo. Tutto ciò è possibile grazie a un affidabile sistema di controllo e comunicazione che consente un funzionamento sicuro, solido ed efficiente dal punto di vista energetico. Il progetto vanta lo sviluppo di un nuovo sistema di connessione tra la fonte di alimentazione e la cella elettrolitica PEM. A seconda del carico, le attuali soluzioni che si basano sull’uso combinato di un raddrizzatore e di un invertitore dimostrano un’efficienza massima di circa il 92 %. La soluzione di ELY4OFF ha ottenuto tassi di efficienza straordinari, che hanno raggiunto il 97,4 %.
Produzione di idrogeno sulla rete in contrapposizione a quella fuori rete
La maggior parte dei produttori di celle elettrolitiche fornisce in genere prodotti ottimizzati per scenari sulla rete, in cui il sistema solare è collegato a una rete d’utenza che garantisce un’alimentazione stabile e permanente. Queste soluzioni non possono applicarsi alle configurazioni fuori rete: la fonte di alimentazione è variabile (può persino scendere a zero in pochi secondi o meno), la cella elettrolitica deve spegnersi e avviarsi ogni giorno e, inoltre, necessita di un sistema di backup per proteggere i suoi elementi fondamentali. ELY4OFF ha affrontato con successo tutti questi aspetti. Il suo obiettivo era migliorare l’efficienza dell’intero processo: produzione di idrogeno e funzionamento affidabile e continuo del sistema ibrido. Esistono molte località in tutto il mondo adatte per l’installazione di sistemi a celle solari che in definitiva non riescono a concretizzarsi a causa della mancanza di infrastrutture di rete. «Ciò che ELY4OFF rivela è che l’idrogeno derivante da energia rinnovabile può essere prodotto quasi ovunque e per molteplici utilizzi: energia di riserva per telecomunicazioni, veicoli a celle a combustibile o persino produzione di fertilizzanti», conclude Casero.
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