Le celle a combustibile sono più efficienti delle centrali elettriche convenzionali perché generano energia tramite una reazione elettrochimica anziché bruciarla. Spesso fungono da generatori di riserva durante i picchi di domanda e sono anche utilizzate in diverse modalità di trasporto pubblico. In questo blog, scopriremo a cosa servono le celle a combustibile a idrogeno e come funzionano.
A cosa servono le celle a combustibile a idrogeno?
Nelle celle a combustibile, l'elettricità può essere generata combinando atomi di idrogeno e ossigeno. Queste versatili celle a combustibile trovano applicazioni in vari settori, dall'alimentazione di veicoli spaziali e dispositivi elettronici agli edifici domestici e commerciali e ai veicoli. Ora, diamo un'occhiata ad alcuni dei suoi principali utilizzi in dettaglio.
1. Gestione del magazzino: diverse grandi organizzazioni di magazzinaggio e distribuzione si stanno rivolgendo a queste celle a combustibile per alimentare camion, carrelli elevatori, transpallet e altre attrezzature a basse emissioni.
2. Distribuzione internazionale: le celle a combustibile hanno l'autonomia e la potenza necessarie per il trasporto a lunga distanza e la distribuzione locale. Le industrie automobilistiche stanno già producendo autocarri e furgoni alimentati a idrogeno.
3. Autobus: L'energia a idrogeno è oggetto di studio per l'utilizzo in diverse modalità di trasporto pubblico, compresi gli autobus a celle a combustibile. Diverse grandi città hanno sperimentato autobus alimentati a idrogeno, tra cui Chicago, Vancouver, Londra e Pechino.
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4. Treni: I treni a celle a combustibile a idrogeno sono ormai arrivati nella maggior parte dei paesi sviluppati.
5. Veicoli individuali: le principali case automobilistiche stanno lavorando su veicoli elettrici a celle a combustibile a idrogeno (HFCEV) per uso personale. Toyota Mirai, Honda Clarity, Hyundai Nexo e BMW i Hydrogen Next sono tra i modelli più noti.
6. Aviazione: Diversi progetti sperimentali hanno studiato l'utilizzo di queste celle a combustibile nel settore aerospaziale. I veicoli senza pilota a lungo raggio utilizzavano un sistema ibrido con celle a combustibile alimentate da pannelli solari, consentendo teoricamente voli continui, di giorno e di notte, senza limiti di tempo.
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7. Generazione di energia di riserva: le celle a combustibile stazionarie vengono utilizzate nei sistemi di alimentazione ininterrotta (UPS) dove è importante garantire un funzionamento continuo. Ospedali e centri dati si affidano sempre più all'idrogeno per l'alimentazione ininterrotta. Può anche fungere da generatore di riserva, consentendo a un server di un centro dati di funzionare esclusivamente a idrogeno per due giorni.
8. Generazione di energia mobile: l'idrogeno offre numerose opzioni per la generazione di energia mobile. La NASA ha prodotto alcune delle prime celle a combustibile a idrogeno per alimentare razzi e navette spaziali nello spazio.
9. Veicoli aerei senza pilota (UAV): Molte applicazioni innovative degli UAV (ovvero i droni), che vanno dalla consegna di pacchi alle missioni di ricerca e salvataggio, sono fortemente limitate dalla potenza e dall'autonomia fornite dalle batterie standard. Pertanto, sia il settore militare che quello privato intendono risolvere questi problemi con le celle a combustibile.
10. Barche e sottomarini: le celle a combustibile vengono utilizzate in una varietà di applicazioni marine, fungendo da alternativa ai sistemi di energia nucleare. L' Energy Observer , la prima nave a idrogeno, ha addirittura prodotto l'idrogeno per un sistema a celle a combustibile utilizzando pannelli solari e turbine eoliche di bordo.
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Di cosa sono fatte le celle a combustibile a idrogeno?
Una cella a combustibile è composta da due elettrodi, un anodo e un catodo, separati da una membrana elettrolitica. Idrogeno, metano, etano, etanolo e altri combustibili organici possono essere utilizzati in una cella a combustibile per generare elettricità. Questi combustibili subiscono una combustione incompleta ed emettono calore come sottoprodotto. La maggior parte di queste reazioni sono di natura redox, con conseguente conversione dell'energia chimica in energia elettrica e produzione di acqua e anidride carbonica come sottoprodotti.
Come funzionano le celle a combustibile a idrogeno?
Questi passaggi forniscono una breve panoramica del funzionamento di una cella a combustibile:
1. L'idrogeno viene introdotto all'anodo e l'ossigeno viene fornito al catodo.
2. Nell'anodo, gli atomi di idrogeno vengono scissi in protoni ed elettroni.
3. L'elettricità viene generata quando gli elettroni vengono spinti attraverso un circuito mentre i protoni, caricati positivamente, viaggiano attraverso un elettrolita e una membrana fino al catodo.
4. Dopo aver attraversato il circuito e la membrana, gli elettroni e i protoni reagiscono con l'ossigeno al catodo, rilasciando calore e acqua come sottoprodotto.
5. Poiché le singole celle a combustibile non sono sufficienti ad alimentare né un dispositivo elettronico di modeste dimensioni né un'enorme centrale elettrica, queste celle vengono impilate una sull'altra per generare l'energia necessaria allo scopo previsto.
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Confronto dell'efficienza delle celle a combustibile a idrogeno tra diversi tipi di celle
L' efficienza dei vari tipi di celle a combustibile è la seguente:
| Tipo di cella a combustibile | EFFICIENZA |
| AFC alcalina | 60-70% elettrico |
| Acido fosforico (PAFC) | 80-85% complessivo con cogenerazione (energia termica combinata); (elettrico 36-42%) |
| Carbonato fuso (MCFC) | circa l'85% complessivo con cogenerazione |
| Ossido solido (SOFC) | circa l'85% complessivo con cogenerazione |
| Membrana elettrolitica polimerica (PEM) | elettrico 50-60% |
Le celle a combustibile sono simili alle batterie, in quanto possono immagazzinare e rilasciare energia finché hanno una scorta di idrogeno. Hanno una gamma di applicazioni, tra cui trasporti e produzione di elettricità. Tuttavia, scienziati e ingegneri dovrebbero considerare le sfide di sicurezza associate all'idrogeno. Per altri contenuti informativi di questo tipo, continua a scorrere il nostro sito web.
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