Un nuovo modo per produrre energia rinnovabile
Gli scienziati di EPFL e di GRT Group hanno realizzato la prima unità integrata al mondo in grado di produrre elettricità dall’acido formico, utilizzando una pila a combustibile, in maniera sostenibile, conveniente, sicura ed efficiente dal punto di vista energetico. Il sistema è ora disponibile a scopo dimostrativo.
Entro il 2020 il costo delle energie pulite sarà pari o inferiore a quello dei combustibili fossili ed entro il 2040 le fonti di energia rinnovabile soddisferanno il 40% della domanda di energia globale[1]. Tuttavia, la dipendenza da sole e vento rende questo tipo di produzione energetica intermittente. Per questo, il futuro impone lo sviluppo di nuovi metodi per immagazzinare il surplus di energia rinnovabile, in maniera da permetterne l’utilizzo quando necessario.
Il progetto “HYFORM-PEMFC” mira a superare proprio questo ostacolo: grazie alla collaborazione tra GRT Group, società che lavora per favorire la transizione energetica attraverso innovative soluzioni di stoccaggio, e il gruppo di ricerca del Professor Gabor Laurenczy dell’EPFL, è stata sviluppata una nuova macchina integrata che trasforma l’acido formico in idrogeno, e poi direttamente in elettricità tramite una pila a combustibile.
L’unità HYFORM-PEMFC, che utilizza l’acido formico per stoccare idrogeno, può trovare applicazione sia nell’ambito domestico, che in quello industriale: rispetto ai metodi che utilizzano esclusivamente idrogeno, è stata progettata per garantire sostanziali benefici in termini di dimensioni (1 litro di acido formico equivale a 590 litri di idrogeno a condizioni normali), facilità di trasporto, sicurezza e minori costi operativi, garantendo al tempo stesso una totale ecosostenibilità.
L’utilizzo dell’unità HYFORM-PEMFC potrà riguardare, ad esempio, aree con limitato o senza accesso alla rete elettrica, nonché lo sviluppo di sistemi di trasporto di idrogeno. Il dispositivo è, per esempio, in grado di generare calore ed elettricità per uno chalet alpino in maniera totalmente ecologica e con un rifornimento veloce. La sua tecnologia è inoltre scalabile, così da poter soddisfare il fabbisogno energetico di impianti più grandi, come quelli industriali.
Il prossimo passo per GRT Group sarà lo sviluppo di un sistema completo e integrato per lo stoccaggio di energia rinnovabile, come ad esempio quella prodotta in eccedenza dal sole durante l’estate, che potrà essere utilizzata – su richiesta – per produrre elettricità e calore durante i mesi invernali, così da rendere gli edifici autonomi dal punto di vista energetico. Questo progetto sarà la dimostrazione dei reali vantaggi economici generati dalla tecnologia di stoccaggio di energia da fonti rinnovabili e mostrerà il suo vero potenziale all’interno di un sistema energetico integrato.
Il contesto tecnologico
Quando si parla di soluzioni per lo stoccaggio di energia rinnovabile, l’idrogeno rappresenta uno dei vettori energetici più promettenti. Il ricorso all’idrogeno per generare calore o elettricità non produce né emissioni di carbonio né di particolato, e ciò significa che non ha alcun impatto ambientale negativo.
Il problema è che l’idrogeno possiede un bassissimo contenuto di energia in termini di volume: per questo è molto difficile stoccarlo e trasportarlo nella sua forma naturale (gassosa), che richiede pressioni elevatissime, temperature molto basse e infrastrutture costose, generando, in breve, notevoli problemi di sicurezza e costi.
L’alternativa è rappresentata dall’utilizzo di un vettore di idrogeno come l’acido formico: si tratta della combinazione più semplice di idrogeno e CO2, che si presenta in forma liquida a temperatura ambiente, è facile da stoccare, trasportare e maneggiare, e può essere prodotto da fonti sostenibili in centinaia di migliaia di tonnellate nel mondo. Il suo utilizzo è già ampiamente diffuso in agricoltura e nelle industrie del cuoio, della gomma, chimica, farmaceutica e alimentare.
La sfida, quindi, è ri-estrarre l’idrogeno stoccato dall’acido formico in maniera efficiente in termini energetici. È qui che entra in gioco uno specifico catalizzatore, che facilita l’estrazione dell’idrogeno dall’acido formico, così che possa poi essere convertito in elettricità tramite una pila a combustibile.
Il Progetto
L’unità è costituita due parti principali: un reformer di idrogeno (HYFORM) e una pila a combustibile con membrana a scambio protonico (PEMFC). Il reformer HYFORM utilizza un catalizzatore a base di rutenio per estrarre l’idrogeno, sebbene gli scienziati stiano attualmente sviluppando catalizzatori a base di materiali anche più economici.
L’unità HYFORM-PEMFC è in grado di produrre 7000 kWh per anno, con potenza nominale pari a 800 Watt – l’equivalente di circa 200 smartphone ricaricati in simultanea. La sua efficienza elettrica raggiunge attualmente il 45%. Fintanto che l’acido formico utilizzato viene prodotto in maniera sostenibile, la pila a combustibile è al 100% ecologica e il sistema permette lo stoccaggio a lungo termine di energia rinnovabile. È silenziosa, emette gas pulito, ha un bilancio di anidride carbonica pari a zero, e non produce né particolato né ossidi di azoto.
Al contempo, l’unità HYFORM-PEMFC vanta ridotte necessità di manutenzione, non richiede desolforazione, e offre una prestazione stabile e a lungo termine dei catalizzatori. La sua tecnologia è scalabile, perciò può essere impiegata sia in contesto domestico che industriale. Dal momento che è alimentato ad acido formico, il sistema non necessita di alcuna connessione alle reti elettriche, e questo lo rende perfetto per l’impiego nelle aree remote o inaccessibili.
“La trasformazione chimica della CO2, un gas serra, in prodotti utili, acquista sempre più importanza in quanto i suoi livelli in atmosfera continuano a crescere per effetto delle attività dell’uomo,” spiega il Professor Gabor Laurenczy dell’EPFL. “Per questa ragione, produrre l’acido formico in maniera sostenibile – utilizzando la CO2 come trasportatore di idrogeno – è estremamente importante. La domanda mondiale di acido formico sta crescendo, in particolare nel contesto delle energie rinnovabili. I vettori di idrogeno, e la loro produzione dalla CO2, tramite idrogenazione o da biomassa/rifiuti organici, sono notevolmente più sostenibili rispetto alle soluzioni esistenti.”
L’unità HYFORM-PEMFC è il risultato di un progetto co-finanziato dall’Ufficio Federale Elvetico per l’Energia e da GRT Group
