Le tecnologie dell'idrogeno

La chiave del successo di un sistema energetico basato sull’idrogeno è in un utilizzo economicamente conveniente del combustibile nei motori a combustione interna, nelle turbine a combustione convenzionali e nelle celle a combustibile. La ricerca in corso sui motori a combustione interna alimentati a idrogeno ha lo scopo di renderli utilizzabili per i veicoli: all’inizio del 2001, la BMW ha lanciato un tour mondiale delle sue auto ad idrogeno liquido. Diverse aziende, come Alstom, Westinghouse e Mitsubishi stanno cercando di utilizzare idrogeno all’interno di turbine a gas identiche a quelle, già in commercio, funzionanti a gas naturale.

Un approccio di lungo termine che appare più probabile sarà l’impiego di idrogeno nelle celle a combustibile.

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Esistono sei principali tipologie di celle a combustibile e ciascuna prende il nome dell’aelettrolita utilizzato nel sistema. La versione più avanzata dal punto di vista commerciale, la cella ad acido fosforico (Phosphoric-Acid Fuel Cell, o PAFC), è stata impiegata in diverse centinaia di applicazioni in tutto il mondo. Queste celle, in genere funzionano sia a gas naturale che a propano (altre con gas di discarica, gas anaerobico e idrogeno diretto) e vengono impiegate principalmente per la produzione di calore e di energia. Le attuali nicchie di mercato comprendono le discariche, gli impianti di trattamento delle acque, impianti industriali per la preparazione degli alimenti, le imprese high-tech, le banche, gli ospedali e altri tipi di impianti altamente sensibili alle interruzioni della fornitura energetica, così come industrie “verdi” che sono disposte a pagare un costo aggiuntivo pur di “esibire” la nuova tecnologia. La International Fuel Cells, che ha sviluppato le celle a combustibile per lo Space Shuttle, ha installato più di 200 dei suoi sistemi da 200-250 chilowatt in 15 paesi, dal commissariato di Polizia di New York all’ufficio postale in Alaska, fino ad un centro di ricerca giapponese. Attualmente, però, le PAFC costano tra i 4.000 e i 5.000 dollari per chilowatt – circa tre volte l’obiettivo di prezzo giudicato competitivo – e le aziende stanno anche cercando soluzioni alternative.

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La cella a combustibile più interessante è la membrana a scambio protonico (Proton Exchange Membrane – PEM), utilizzata nella missione spaziale Gemini. La membrana funziona come un elettrolita all’interno del quale passano i protoni che si legano all’ossigeno per produrre acqua. Questa permette agli elettroni di muoversi lungo il circuito esterno, creando una corrente elettrica (si veda la Figura 8). Le PEM consentono una notevole riduzione dei costi per la produzione degli elettroliti e per la creazione di catalizzatori più resistenti alla degradazione delle sostanze impiegate nel processo di reforming, che hanno il compito di estrarre l’idrogeno dai vari combustibili.

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Sono più di un centinaio le aziende che stanno sperimentando o sviluppando celle di tipo PEM, che possono essere impilate e destinate a diverse applicazioni, inclusa la sostituzione delle batterie convenzionali in apparecchiature mobili, come i telefoni cellulari e i computer portatili. Shell ha in programma di distribuire in Islanda piccole celle a combustibile del tipo DCH Technology al posto delle batterie e come espansore delcampo. Ballard si sta alleando a Coleman per sviluppare Powermate, un’unità portatile che può essere utilizzata per alimentare attrezzature da campeggio ed elettriche. Motorola sta sviluppando piccole celle per gli zaini militari.

Anche la ricerca per le applicazioni fisse delle celle a combustibile è intensa. H Power offre unità con potenza tra i 35 e i 500 watt per i sistemi di continuità elettrica, per le telecomunicazioni, per la segnaletica stradale e per usi domestici. Ballard è al lavoro su sistemi fissi con potenza da 1 a 250 kilowatt, assieme a GPU, Alstom ed Ebara. Plug Power è diventata partner di GE Power Systems per distribuire in tutto il mondo il suo sistema da 7 chilowatt a partire dal 2002. Le due società stanno anche collaborando con Vaillant, il produttore tedesco di sistemi di riscaldamento, per distribuire un prodotto funzionante con celle a combustibile per uso domestico, anche in questo caso le vendite dovrebbero cominciare nel 2002. Tutte queste unità ricavano l’idrogeno dal gas naturale, dal propano o dal metanolo tramite unità di reforming.

Anche le possibilità di impiego nel settore dei trasporti stanno evolvendo rapidamente e i maggiori produttori di automobili investono miliardi di dollari nello sviluppo delle celle a combustibile, prevedendo di mettere in commercio le prime vetture tra il 2003 e il 2005.