Cos'è un elettrolizzatore e a cosa serve?

An elettrolizzatore è un dispositivo che utilizza l'elettricità per scindere l'acqua o altri componenti nei loro elementi costitutivi attraverso l'elettrolisi. L'elettrolisi è una reazione chimica in cui una corrente elettrica passa attraverso una sostanza, provocandone la decomposizione nei suoi componenti di base.

Nel caso dell'elettrolisi dell'acqua, un elettrolizzatore utilizza una corrente elettrica per dividere le molecole d'acqua in idrogeno e ossigeno gassoso. L'idrogeno gassoso può essere immagazzinato come gas compresso o liquefatto. L'ossigeno creato viene rilasciato nuovamente nell'aria o catturato e immagazzinato per fornire ad altri processi industriali.

I componenti di un elettrolizzatore

La forma base di un'unità elettrolitica contiene una cella elettrolitica con due elettrodi – un catodo (carica negativa) e un anodo (carica positiva) – e una membrana. Un sistema di elettrolisi contiene le pile di celle dell'elettrolizzatore, le pompe, gli sfiati, i serbatoi di stoccaggio, un alimentatore, un separatore e altri componenti operativi.

L'elettrolisi si verifica all'interno delle pile di celle quando una corrente elettrica viene applicata attraverso gli elettroliti. L'anodo attrae gli ioni idrossido caricati negativamente (OH-), rilasciando ossigeno gassoso (O2). Il catodo attrae gli ioni idrogeno caricati positivamente (H+) e rilascia idrogeno gassoso (H2).

A cosa servono gli elettrolizzatori?

Gli elettrolizzatori sono utilizzati principalmente per produrre idrogeno gassoso. L'idrogeno è essenziale per i processi industriali, incluso ammoniaca produzione di fertilizzanti e carburante per applicazioni di celle a combustibile come autobus, camion e forma. Possono essere utilizzati per lo stoccaggio di energia convertendo l'elettricità in eccesso da fonti energetiche rinnovabili, come l'energia eolica, solare e idroelettrica, in idrogeno gassoso. Il gas può quindi essere compresso, immagazzinato e utilizzato secondo necessità.

Variando per dimensioni e funzione, gli elettrolizzatori sono scalabili per soddisfare diverse esigenze di input e output. La loro impronta può variare da piccoli impianti di elettrolisi industriali installati in container per la produzione in loco a impianti di produzione di idrogeno centralizzati su larga scala in grado di fornire idrogeno tramite camion o essere collegati a condutture per la miscelazione del gas naturale.

Gli elettrolizzatori sono anche una tecnologia complementare a celle a combustibile. Funzionando in modo molto simile a una batteria, le celle a combustibile producono elettricità e calore. A differenza di una batteria, una cella a combustibile può produrre elettricità infinita se un combustibile, come l'idrogeno, viene fornito continuamente. Le celle a combustibile che utilizzano l'idrogeno generano elettricità a zero emissioni nel punto di utilizzo per le sue applicazioni, il che significa che non sono necessari combustibili fossili e non vengono create emissioni nocive.

I diversi tipi di elettrolizzatori

Esistono tre tipi principali di tecnologia di elettrolisi dell'acqua: membrana a scambio protonico (PEM), alcalina e ossido solido. Ogni elettrolizzatore funziona in modo leggermente diverso a seconda del materiale elettrolitico coinvolto. 

Elettrolizzatori a membrana a scambio protonico (PEM).

Elettrolizzatori PEM contengono una membrana a scambio protonico che utilizza un elettrolita polimerico solido. Quando una corrente elettrica viene applicata alla sua pila di celle durante l'elettrolisi dell'acqua, l'acqua si divide in idrogeno e ossigeno. I protoni di idrogeno passano attraverso la membrana per formare H2 sul lato del catodo. 

Elettrolizzatori alcalini

Elettrolizzatori alcalini contengono acqua e una soluzione elettrolitica liquida come idrossido di potassio (KOH) o idrossido di sodio (NaOH). Quando la corrente viene applicata a una puntina di cella alcalina, gli ioni idrossido (OH-) si spostano attraverso le soluzioni elettrolitiche dal catodo all'anodo di ciascuna cella. Le bolle di idrogeno gassoso vengono generate al catodo e l'ossigeno gassoso viene generato all'anodo.

Elettrolizzatori ad ossido solido 

Gli elettrolizzatori a ossido solido, o celle di elettrolisi a ossido solido (SOEC), sono celle a combustibile a ossido solido che funzionano in modalità rigenerativa. Un SOEC utilizza un ossido solido, o ceramica, elettrolita. Quando viene applicata corrente e l'acqua viene immessa nel suo catodo, l'acqua si converte in idrogeno gassoso e ioni ossido. Mentre l'idrogeno gassoso viene catturato per la purificazione, gli ioni ossido si spostano verso l'anodo e rilasciano elettroni a un circuito esterno per diventare gas ossigeno.

Elettrolizzatori e produzione di idrogeno verde

L'idrogeno verde è idrogeno rinnovabile prodotto utilizzando la tecnologia dell'elettrolisi dell'acqua e l'elettricità generata da fonti di energia rinnovabile, come quella solare o eolica. Sta guadagnando uno slancio senza precedenti a livello globale e Accelera ritiene che sia un componente chiave per accelerare il passaggio all'energia pulita. La commercializzazione degli elettrolizzatori può rendere l'idrogeno verde più prontamente disponibile e consentire ai sistemi energetici di tutto il mondo di subire trasformazioni fondamentali per ridurre le emissioni e ridurre il loro impatto negativo sull'ambiente.