Un approccio più ecologico alla produzione di idrogeno verde
Sebbene l’idrogeno abbia il potenziale per svolgere un ruolo importante nella transizione europea verso l’energia pulita, per sfruttarlo è necessario superare un ostacolo fondamentale: la produzione di idrogeno ha un’impronta di carbonio piuttosto consistente. «La produzione di prodotti chimici di alto valore e di carburanti puliti come il metanolo richiede idrogeno, ma poiché in genere l’idrogeno si ricava dagli idrocarburi, la sua produzione comporta notevoli emissioni di CO2», spiega Daniel Garcia-Sanchez, ricercatore senior presso l’Istituto di Termodinamica Ingegneristica del Centro Aerospaziale Tedesco. Secondo Garcia-Sanchez, l’idrogeno verde potrebbe essere la risposta: «La tecnologia più adatta per la produzione di idrogeno verde è l’elettrolisi dell’acqua a membrana a scambio protonico, o PEMWE», spiega. Tuttavia, la PEMWE comporta le proprie sfide ambientali, in quanto richiede l’uso di materie prime critiche (CRM). «La dipendenza della PEMWE da catalizzatori di metalli preziosi e costosi componenti in titanio rappresenta una seria minaccia per il successo della scalabilità e della commercializzazione di questa tecnologia», aggiunge Garcia-Sanchez. Con il supporto del progetto PROMET-H2, finanziato dall’UE, Garcia-Sanchez si sta impegnando nello sviluppo di una PEMWE più sostenibile ed economica, che non comprometta le prestazioni o la durata. «Trovando il giusto equilibrio tra economia e sostenibilità, il nostro obiettivo è quello di posizionare la PEMWE come tecnologia d’elezione per la produzione e lo stoccaggio di idrogeno verde», osserva Garcia-Sanchez.
Sostituzione di materie prime critiche con materie prime rispettose dell’ambiente
Per raggiungere questo obiettivo era necessario ridurre drasticamente l’uso delle CRM nel processo di PEMWE e sostituirle con materiali più rispettosi dell’ambiente ed economici. Il progetto ha sviluppato nuovi catalizzatori ed elettrodi migliorati che riducono drasticamente l’uso di CRM. Le nuove membrane rivestite di catalizzatore (CCM) sviluppate nell’ambito di PROMET-H2 riducono di 10 volte il contenuto di iridio nello strato del catalizzatore. «La nuova CCM non solo riduce drasticamente l’uso delle CRM, ma lo fa senza compromettere le prestazioni», osserva Garcia-Sanchez. «In effetti, la nostra soluzione migliora realmente le prestazioni e prolunga la durata prevista della soluzione.» Il progetto ha inoltre sostituito l’uso del titanio per la PEMWE con l’acciaio inossidabile, un materiale altamente resistente che può essere prodotto con materiali riciclati. Inoltre, l’acciaio inossidabile è di per sé un materiale riciclabile. A proposito di riciclaggio, un altro risultato chiave del progetto è stato un nuovo metodo ecocompatibile per riciclare e riutilizzare le CRM. Questo processo idrometallurgico offre un tasso di recupero del 100 % per il platino e del 60 % per l’iridio.
Una PEMWE sostenibile, ad alte prestazioni e di lunga durata
L’elettrolizzatore di PROMET-H2 sarà collaudato e convalidato in un impianto di produzione di metanolo rinnovabile con una capacità di produzione di H2 di 25 kW. Inoltre, la soluzione di PROMET-H2 dovrebbe ridurre le spese in conto capitale del 21 % rispetto alla PEMWE standard. «Grazie all’impegno di tutti i partner del progetto, siamo riusciti a sviluppare una PEMWE sostenibile, ad alte prestazioni e di lunga durata con costi di investimento straordinariamente bassi», conclude Garcia-Sanchez. «In tal modo, abbiamo contribuito a rendere l’idrogeno verde un elemento sostenibile della transizione energetica europea.» Il progetto ha pubblicato oltre 13 articoli su riviste ad alto impatto, presentato il suo lavoro in numerose conferenze internazionali e ottenuto diversi brevetti. I ricercatori sono attualmente impegnati a ridurre ulteriormente i costi complessivi della PEMWE e la sua dipendenza dalle CRM.
Parole chiave
PROMET-H2, idrogeno verde, idrogeno, materie prime critiche, transizione energetica, elettrolisi dell’acqua a membrana a scambio protonico, PEMWE, acciaio inox
