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Fuel cell: funzionamento e vantaggi

29/11/2021 da Redazione, pubblicato in Idrogeno, Power Generation

Fuel cell: funzionamento e vantaggi

Posted by Redazione on 29/11/2021

L'idrogeno si sta configurando, sempre più maggiormente, quale vettore energetico primario nel circolo virtuoso di produzione di energia da energie rinnovabili. Nell'utilizzo finale dell'idrogeno una Fuel Cell, nota anche come cella a combustibile è tra le tecnologie più promettenti in ambito applicativo. 

 

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In questo articolo facciamo chiarezza sul mondo delle celle a combustibile con due approfondimenti:

Fuel cell: che cosa è e come funziona?

Le celle a combustibile sono sistemi elettrochimici capaci di convertire l’energia chimica di un combustibile, per l'appunto l'idrogeno direttamente in energia elettrica. Durante il processo, non si ha l’intervento intermedio di un ciclo termico: questo permette di avere rendimenti di conversione più elevati rispetto a quelli delle macchine termiche tradizionali.

Dal momento che la produzione di energia elettrica avviene attraverso un processo elettrochimico; il funzionamento avviene finché al sistema viene fornito combustibile quindi idrogeno ed ossidante cioè ossigeno oppure aria. In breve, una Fuel Cell non immagazzina energia, ma la converte finché vi sono reagenti sufficienti.

Tutte le celle a combustibile hanno le stesso principio di funzionamento: un sistema di conversione di energia che avviene attraverso una reazione in cui si consumano idrogeno ed ossigeno, con produzione di acqua e passaggio di corrente elettrica nel circuito esterno. Esistono diverse tipologie di Fuel Cell, che si differenziano per il tipo di elettrolita impiegato e per la temperatura operativa.

fuel cell


Fuel Cell: quali vantaggi?

Sia dal punto di vista ambientale sia da quello energetico l'utilizzo di una cella a combustibile comporta notevoli vantaggi, vediamo i principali.

  • Alta efficienza. Una cella a combustibile permette di ottenere una quantità di energia maggiore, a parità di quantità di combustibile, rispetto ai metodi tradizionali: questo proprio perché avviene una conversione diretta di combustibile in energia attraverso una reazione elettrochimica

  • Riduzione delle emissioni. Le emissioni degli impianti con celle a combustibile si mantengono al di sotto del 10% di quelle di un equivalente impianto convenzionale; in quanto non ci sono emissioni di diossido di carbonio e di ossidi di azoto, altamente dannosi per l’ambiente.

  • Basse temperature e pressioni operative. Generalmente nei motori a combustione interna si raggiungono temperature di combustione superiori a 2300°C: una Fuel Cell lavora in un range di temperature più basse comprese tra 80°C e 1000°C, a seconda del tipo di cella.

  • Flessibilità nell'uso di combustibili. Le celle a combustibile possono essere alimentate con diversi tipo di carburante come gas naturale, metanolo, syngas, biogas: materiali che, a seguito di un processo di reforming possono essere trasformati in gas di sintesi ricchi di H2.

  • Capacità di cogenerazione: durante la reazione elettrochimica viene prodotto molto calore, se catturato costituisce un ulteriore fonte energetiche che può trovare applicazione per il riscaldamento sia di ambienti che di acqua. 

  • Flessibilità “on-site”. Le Fuel Cell, lavorando in modo silenzioso e senza emissioni, possono essere posizionate in una grande varietà di aree, sia residenziali che commerciali, sia all’interno che all’esterno degli edifici.

     

In conclusione, quanto illustrato dimostra che le celle a combustibile a idrogeno sono una fonte di combustibile non tossico e quindi superiore in questo modo al carbone, al gas naturale e all'energia nucleare, che sono tutti potenzialmente pericolosi o difficili da ottenere. La produzione, lo stoccaggio e l'uso dell'idrogeno giocheranno un ruolo importante nel guidare l'ulteriore sviluppo delle energie rinnovabili, bilanciando le loro modalità di fornitura intermittente con le impegnative richieste degli utenti finali, evitando la necessità di investimenti anticipati significativi per aggiornare l'infrastruttura di rete.

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