Elettrolisi

La prima fase della conversione dell’energia elettrica in gas è rappresentata dalla produzione di idrogeno tramite elettrolisi. La cella elettrolitica è un sistema elettrochimico che attraverso l'impiego di energia elettrica e l'utilizzo di catalizzatori, rompe la molecola d'acqua, in una reazione chimica non spontanea, sempre suddivisa in due semi-reazioni localizzate alle interfasi elettrodo/soluzione denominate anodo, sede di ossidazione (estrazione di elettroni), e catodo, sede di riduzione (immissione di elettroni).

L’elettrolisi dell’acqua è una tecnologia ormai matura, soprattutto quella alcalina. Negli ultimi anni, la tecnologia con membrane polimeriche (PEM) viene considerata una delle più promettenti grazie anche ai diversi potenziali vantaggi che offre rispetto al processo alcalino tradizionale, in termini di semplicità e sicurezza, caratteristiche di massa-volume considerevolmente più piccole, alta efficienza energetica e specifica capacità di produzione, gli aspetti di modularità e la generazione di ossigeno e idrogeno ad elevato grado di purezza.

La tecnologia PEM, inoltre, grazie a tempi di reazione e di partenza/arresto molto rapidi (la generazione dell’idrogeno comincia immediatamente a condizioni ambiente) e alla capacità di accettare grandi variazioni nel carico è ideale per una sua potenziale integrazione con le fonti di elettricità disponibili a intermittenza (rinnovabili e rete off-peak).

Negli ultimi anni sono stati sviluppati sistemi innovativi di tipo alcalino che utilizzano membrane polimeriche (AEM). Questi sistemi consentono di utilizzare catalizzatori più economici rispetto ai metalli nobili necessari nei sistemi PEM, garantendo al contempo una cinetica elettrodica più efficiente rispetto ai sistemi alcalini tradizionali, ma il loro sviluppo è ancora a livello prototipale. A queste tecnologie, si affianca quella che utilizza come elettrolita ossidi solidi (SOEC) che purtroppo, pur essendo caratterizzata da rendimenti elevatissimi, a causa delle elevate temperature di lavoro e le conseguenti condizioni di stress sui materiali è anch’essa ancora in fase prototipale.

I sistemi PEM sono ancora in fase di sviluppo soprattutto se utilizzati a pressioni (>50 bar) e temperature elevate. Il rendimento del ciclo di produzione e accumulo di idrogeno mediante elettrolisi, infatti, può essere migliorato utilizzando dei sistemi che lavorano in pressione. In tal modo, infatti, la parte più energivora della compressione avviene a carico dell’elettrochimica della reazione. Inoltre, nell’ipotesi di riuscire a eliminare completamente lo stadio di compressione si otterrebbe una semplificazione del sistema che potrebbe renderne ancora più interessante l’impiego.