Celle a combustibile, alimentate ad idrogeno o funzionanti in modo diverso, ma sempre finalizzate alla produzione di energia elettrica e di calore partendo dall’energia chimica di un combustibile che viene trasformata. Se ne sente parlare sempre di più ed è una tecnologia che viene sempre più studiata, visto che sembra promettente.
Celle a combustibile idrogeno
Se le celle a combustibile convertono la quantità di energia chimica fornita da un certo tipo di combustibile in energia elettrica e calore, senza utilizzare cicli termici, quando le celle a combustibile sono alimentate a idrogeno, allora l’energia elettrica viene prodotta assieme all’acqua calda partendo da idrogeno e ossigeno.
All’interno di queste celle a combustibile idrogeno avviene una elettrolisi vista a “rewind”. Se infatti nel normale processo di elettrolisi che alcuni di noi forse conoscono, l’acqua (H2O) si scinde in H2 ed O2 a seguito della fornitura di corrente, procedendo al contrario, corrente e acqua diventano ciò che si ottiene. E sono infatti quello che le celle a combustibile possono darci.
In generale esistono ben sei tipologie di celle a combustibile, tutte producono energia elettrica, centralizzata o distribuita. Tra queste troviamo le celle alcaline, utilizzate soprattutto in occasioni particolari riguardanti contesti militari e spaziali.
Viene per esse impiegata una tecnologia piuttosto avanzata, si utilizza in questo caso un elettrolita costituito da idrossido di potassio, lavorando a temperature tra 60 e 120 °C. La loro diffusione è limitata, anche perché richiedono gas di alimentazione estremamente puri.
Celle a combustibile: microbico vegetale
E’ possibile sfruttare i batteri nelle celle a combustibile così che esse siano alimentate ad esempio dalle acque reflue industriali? Si, e sembra una soluzione sempre più applicabile e redditizia, e molto interessante perché si intreccia con il processo di purificazione dei reflui. Sarebbe quindi una soluzione win win.
I protagonisti sono quei batteri che si nutrono di quei rifiuti che troviamo nell’acqua sporca e che “mangiando” producono elettroni e protoni, particelle tra cui si crea tensione, una tensione molto preziosa per noi che possiamo ricavarne energia elettrica.
Oggi abbiamo capito che è possibile, si stanno cercando da un lato metodi e dispositivi sempre più innovativi, dall’altro batteri più adatti a questo scopo.
Celle a combustibile per camper
Le celle a combustibile per camper sono in generale quelle che non producono enormi quantità di energia elettrica ma allo stesso tempo non sono così difficili da installare o da far funzionare. Prendiamo ad esempio delle celle a combustibile come quelle a carbonati fusi, adatte soprattutto per la generazione di energia elettrica e la cogenerazione da qualche centinaio di kW ad alcune decine di MW.
Un altro esempio è costituito dalle celle a ossia solidi, utilizzate per generare energia elettrica da qualche kW ad alcune decine di MW. Ci sono anche le celle ad elettroliti polimerici, le PEFC, impiegate soprattutto per la trazione e la generazione/cogenerazione di piccola taglia (1‐ 250 kW).
Si sta studiano anche il modo di rendere le celle a metanolo diretto, portatili. Si tratta di celle a combustibile che operano a temperature tra 80 e 100 °C e che come elettrolita usano una membrana polimerica.
Celle a combustibile: acido fosforico
Le celle ad acido fosforico, abbreviate con la sigla PAFC, che sta per Phosphoric Acid Fuel Cell, ), sono impiegate soprattutto per gli usi stazionari. Le troviamo in commercio in contesti in cui servono per la cogenerazione di energia elettrica, ad esempio nel settore residenziale e in quello terziario (100‐200 kW). Queste celle operano a temperature attorno ai 200 °C, l’elettrolita utilizzato è una soluzione concentrata di acido fosforico.
Celle a combustibile: vantaggi
Vediamo i principali vantaggi delle celle a combustibili che riguardano sia l’ambito energetico sia quello ambientale. Hanno un rendimento elettrico elevato e possono essere utilizzate con un’ampia gamma di combustibili tra cui metano, metanolo, gas naturale, gas di sintesi e idrogeno, come dal titolo abbiamo subito voluto mettere in evidenza.
Ci sono vantaggi magari più “tecnici” ma che sono molto significativi, come ad esempio la possibilità di impiegarle a moduli, in modo da aumentare la potenza installata, e poi va considerato che la loro efficienza è indipendente dal carico e dalle dimensioni dell’impianto. Sono a ridotto impatto ambientale, le celle a combustibile, e questo è motivo per insistere anche nel loro studio per efficientarle.
Prezzo delle celle a combustibile
Non ha molto senso indicare un prezzo per le celle a combustibile perché come abbiamo visto nel nostro articolo ne esistono diverse tipologie e in base alla tecnologia utilizzata i prezzi possono variare notevolmente. In aggiunta tutte le tecnologie legate alle celle a combustibile sono in continua evoluzione con la conseguenza che anche i prezzi sono soggetti a variazioni importanti anche nel breve periodo.
Dimostratore di celle a combustibile
Per comprendere il funzionamento delle celle a combustibile è disponibile in questa pagina di Amazon un prodotto interessante: si tratta di un dimostratore di celle a combustibile a idrogeno, un’apparecchiatura per esperimento con cui è possibile convertire l’energia Chimica dell’idrogeno e dell’ossigeno in energia elettrica.
Il kit comprende i seguenti componenti:
- motore con ventola
- amperometro
- voltmetro
- cella a combustibile a idrogeno.
- elettrolizzatore ad acqua PEM (Proton Exchange Membrane)
- due elettrodi a membrana a scambio protonico da 35 mm x 35 mm
La procedura per eseguire l’esperimento prevede 4 semplici passi:
- aggiungere acqua deionizzata al livello dell’acqua nell’elettrolizzatore d’acqua PEM. La quantità di acqua non dovrebbe essere eccessiva per impedire all’acqua di fluire nella batteria.
- dopo aver aggiunto l’acqua, collegare l’uscita del gas idrogeno sull’elettrolizzatore d’acqua con l’ingresso del gas idrogeno sulla batteria con un tubo del gas.
- collegare l’alimentazione 6V-12V CC ai terminali positivo e negativo dell’elettrolizzatore d’acqua.
- dopo 2-3 minuti, collegare il collegamento elettrico alla batteria: il motorino inizierà a funzionare. La corrente e il voltmetro visualizzano la corrente, il valore della tensione.
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