UNIVERSITÀ
DEGLI STUDI
DI TRENTO
A. Miotello, M. Adami, N. Bazzanella, R. Checchetto, L. Gratton, L. Guzman, C. Tosello, G.P.Karwasz
Dipartimento di Fisica, Università di Trento, I-38050 Povo, TN, Italy
L’idrogeno è l’elemento più abbondante dell’universo, ma sulla terra non si trova allo stato libero. La sua molecola (H2), però, è la componente fondamentale
dell’acqua (H2O) e si trova anche negli idrocarburi e nei composti organici. Si può affermare quindi che disponiamo di una fonte pressoché inesauribile di idrogeno.
Il fatto che l’idrogeno sia legato chimicamente pone il problema di doverlo separare come gas puro.
I principali sistemi utilizzati oggi per l’estrazione dell’idrogeno sono:
-Steam Reforming (SR): con il problema del confinamento di CO e CO2
- Pirolisi del metano: produzione di idrogeno con formazione di carbonio in forma solida;
- Elettrolisi: ancora costosa per l’alto consumo di energia elettrica, ma promettente se si utilizzano fonti
rinnovabili quali solare, eolico, geotermico, ecc…;
- Water splitting diretto: necessita di altissime temperature (3500 K);
- Processi termochimici: non ancora competitivi;
- Biomasse
Per quanto riguarda l’immagazzinamento, questo può avvenire sotto forma
di gas compresso, o sotto forma di liquido criogenico (-253 °C a 1 atm). Un
sistema più pratico e sicuro è rappresentato dall’utilizzo di idruri metallici.
Questi materiali, al pari di una spugna, assorbono l’idrogeno in modo
reversibile. Oltre a questi sistemi è possibile trasportare l’idrogeno legato in
composti quali il metanolo e l’ammoniaca.
Nel 1839 William Grove scoprì il principio di funzionamento delle celle a combustibile. Utilizzando quattro voluminose celle contenenti ciascuna idrogeno e
ossigeno produsse elettricità che in seguito utilizzò in una cella minore per scindere l’acqua nelle sue due componenti: idrogeno e ossigeno.
Una cella a combustibile è
un dispositivo costituito da
due elettrodi tra i quali è
disposto
un
elettrolita
(materiale che permette il
passaggio degli ioni, ma
blocca gli elettroni). Un
combustibile
contenente
idrogeno
fluisce
verso
l’anodo lasciando ioni di
carica positiva (cationi). Gli
elettroni passano attraverso
il circuito esterno, mentre i
cationi diffondono attraverso
l’elettrolita.
In corrispondenza del catodo
gli elettroni si combinano con
gli ioni idrogeno e con
l’ossigeno formando acqua e
liberando energia termica.
La cella a combustibile
genera
quindi
energia
elettrica e calore a partire da
idrogeno e ossigeno e, avendo
acqua come sottoprodotto,
non determina emissione di
sostanze inquinanti.
Esistono svariati modelli di Celle a
combustibile che si differenziano
tra loro in base alle temperature di
funzionamento , tipo di elettrolita e
combustibile utilizzato.
Le più promettenti sono le
cosiddette
PEMFC
(Proton
Exchange Membrane Fuel Cell)
che hanno una temperatura di
lavoro di circa 70-80 °C.