Potrebbe questa tecnologia a celle a combustibile aiutare a scalare l’idrogeno verde?

I ricercatori che stanno sviluppando elettrolizzatori per la produzione di idrogeno stanno sempre più rivolgendo la loro attenzione a una piattaforma a membrana originariamente utilizzata nelle celle a combustibile per ampliare la propria tecnologia. La loro strategia: utilizzare membrane a scambio anionico, che potrebbero essere più convenienti e combinare le migliori caratteristiche delle convenzionali membrane a scambio di protoni e degli approcci alcalini.

La tecnologia a membrana a scambio anionico (AEM) consente il trasporto selettivo degli ioni carichi negativamente tra catodo e anodo. In una cella a combustibile all’idrogeno, la membrana aiuta a facilitare le reazioni chimiche necessarie per generare elettricità. Nell’elettrolisi dell’idrogeno, la membrana aiuta a separare l’idrogeno dall’ossigeno.

Fino ad ora, l’AEM è stata utilizzata solo su piccola scala. Ma diverse aziende di idrogeno rinnovabile sono pronte a cambiare questa situazione. Il 7 maggio, l’azienda Ecolectro di Ithaca, N.Y., ha annunciato una partnership con Re:Build Manufacturing di Framingham, Mass., per implementare elettrolizzatori avanzati AEM negli Stati Uniti. E a marzo, l’azienda francese Michelin e diverse istituzioni di ricerca francesi hanno avviato una collaborazione pluriennale per sviluppare versioni più durevoli di queste membrane come parte dell’espansione di Michelin nei mercati rinnovabili.

Queste aziende, e molte altre a livello globale, puntano sulla tecnologia AEM per realizzare la promessa a lungo cercata dell’idrogeno “verde” prodotto con energia rinnovabile. “Questo è stato a lungo considerato il potenziale salvatore di molti problemi con altri tipi di elettrolisi che abbiamo cercato di scalare,” dice Lindsey Motlow, fisico e direttore della ricerca presso Darcy Partners, una società di intelligence di mercato di Houston.

Sfide nello scalare l’idrogeno verde

Lo scalare l’idrogeno verde comporta sfide che lo rendono meno competitivo rispetto ad altri metodi di produzione di idrogeno. Il settore si basa sugli elettrolizzatori, che utilizzano l’elettricità per dividere le molecole d’acqua e rilasciare idrogeno. La maggior parte utilizza o una membrana a scambio di protoni (PEM), che utilizza catalizzatori di metalli preziosi e membrane polimeriche per dividere le molecole, o l’elettrolisi alcalina, che funziona con una soluzione elettrolitica.

Il PEM può aumentare rapidamente e diminuire in risposta a fonti di energia variabili come l’energia eolica e solare, ma richiede iridio, che è in limitata disponibilità. L’elettrolisi alcalina è meno intensiva dal punto di vista del capitale e più consolidata su scale più grandi, ma manca di efficienza e la sua soluzione alcalina aggressiva complica la progettazione del sistema.

Ciò ha portato i gruppi a rivolgersi all’AEM, che sostituisce nickel e acciaio per i metalli costosi del PEM. E sebbene utilizzi una soluzione alcalina, l’AEM ha migliori efficienze rispetto all’elettrolisi alcalina, almeno a scala di laboratorio, dice Motlow.

Enapter con sede a Saerbeck, in Germania, e Agastya con sede a Austin, in Texas, offrono elettrolizzatori AEM commerciali su scala di megawatt utilizzati nell’industria per reazioni chimiche e riscaldamento. In Cina, l’azienda Hygreen Energy con sede nello Shandong ha lanciato un elettrolizzatore AEM su scala di kilowatt a settembre 2024 per un uso plug-and-play in parchi industriali, edifici comunitari e trasporti. Tuttavia, queste dimostrazioni rimangono limitate in scala e maturità. La tecnologia AEM non è ancora stata dimostrata su scala commerciale per un’offerta continua di idrogeno industriale.

Lo stack di elettrolizzatori AEM di Ecolectro utilizza una piattaforma a membrana priva di PFAS e iridio.Ecolectro

Perché scegliere l’AEM per l’idrogeno verde?

La partnership tra Ecolectro e Re:Build mira a ridurre i costi elevati che hanno ostacolato lo sviluppo dell’idrogeno verde per l’uso industriale. Oltre a reperire materiali più economici per i componenti dell’elettrolizzatore, Ecolectro sta esternalizzando la produzione presso gli impianti di Re:Build a New York e in Pennsylvania. Per le membrane, Ecolectro utilizzerà una miscela proprietaria di sostanze chimiche con un catalizzatore di nickel per una maggiore durata.

Ecolectro sta procedendo passo dopo passo, dice il cofondatore e CEO Gabriel Rodríguez-Calero. Le prime unità su scala commerciale dell’azienda, da sviluppare quest’anno presso lo stabilimento di progettazione di Re:Build a Rochester, N.Y., saranno da 250 a 500 kilowatt. Rodríguez-Calero afferma che il suo team prevede di raggiungere la scala dei megawatt nel 2026.

Per andare oltre questa sorta di sostituzioni punto a punto, l’idrogeno verde deve ancora lottare per competere con l’elettricità rinnovabile. L’industria manca anche dell’infrastruttura per trasportare l’idrogeno a lunghe distanze. Dice Romm: “Il più grande problema per l’AEM è che l’idrogeno non ha un solo problema.”