Elettrolisi

Elettrolisi per la produzione di Idrogeno

L’elettrolisi è un’opzione promettente per la produzione di idrogeno da risorse rinnovabili.L’elettrolisi è il processo di utilizzo dell’energia elettrica per dividere l’acqua in idrogeno e ossigeno. Questa reazione avviene in un’unità chiamata elettrolizzatore. Gli elettrolitizzatori possono variare in dimensioni da piccole apparecchiature di dimensioni ridotte che sono adatte per la produzione di idrogeno distribuito su piccola scala a grandi impianti di produzione centralizzati che potrebbero essere legati direttamente a forme rinnovabili o altre forme emissive di gas a effetto serra produzione elettrica.

Come funziona?

Come le celle a combustibile, gli elettrolizzatori sono costituiti da un anodo e un catodo separato da un elettrolito. Diversi elettrolizzatori funzionano in modi leggermente diversi, soprattutto a causa del diverso tipo di materiale elettrolitico coinvolto.

Elettroliti a membrana di elettroliti di polimero
Illustrazione di un elettrolizzatore a membrana di elettroliti di polimero.

In un elettrolizzatore a membrana di elettroliti polimeri (PEM), l’elettrolita è un materiale plastico speciale in materiale plastico.

  • L’acqua reagisce all’anodo per formare ossigeno e ioni idrogeno (protoni) positivamente caricati.
  • Gli elettroni fluiscono attraverso un circuito esterno e gli ioni di idrogeno si muovono selettivamente attraverso il PEM al catodo.
  • Al catodo, gli ioni idrogeno si combinano con gli elettroni dal circuito esterno per formare gas idrogeno.
    Reazione di anodo: 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e 
    Reazione del catodo: 4H + + 4e  → 2H 2
Elettrolitici alcaline

Gli elettrolizzatori alcalini funzionano attraverso il trasporto di ioni idrossido (OH-) attraverso l’elettrolita dal catodo all’anodo con generazione di idrogeno sul lato catodico.Gli elettrolizzatori che utilizzano una soluzione alcalina liquida di idrossido di sodio o di potassio come elettrolita sono stati commercialmente disponibili per molti anni. Gli approcci più recenti utilizzando membrane di scambio alcalino solido come l’elettrolita stanno mostrando promesse sulla scala del laboratorio.

Elettrolitici di ossido solido

Gli elettrolizzatori a ossido solido, che utilizzano un materiale ceramico solido come elettrolita che conduce selettivamente conduttori di ossigeno caricato negativamente (O 2) a temperature elevate, generano idrogeno in un modo leggermente diverso.

  • L’acqua al catodo si combina con gli elettroni dal circuito esterno per formare gas di idrogeno e ioni ossigeno caricati negativamente.
  • Gli ioni di ossigeno passano attraverso la membrana di ceramica solida e reagiscono all’anodo per formare gas di ossigeno e generano elettroni per il circuito esterno.

Gli elettrolizzatori di ossido solido devono funzionare a temperature sufficientemente elevate affinché le membrane di ossido solido funzionino correttamente (circa 700 ° -800 ° C, rispetto agli elettrolizzatori PEM, che funzionano a 70 ° -90 ° C e agli elettrolizzatori alcalini commerciali che funzionano a 100 ° -150 ° C). Gli elettrolizzatori di ossido solido possono utilizzare efficacemente il calore disponibile a queste temperature elevate (da varie fonti, compresa l’energia nucleare) per diminuire la quantità di energia elettrica necessaria per produrre idrogeno dall’acqua.

Perché vale la pena provare?

L’idrogeno prodotto tramite elettrolisi può causare zero emissioni di gas a effetto serra, a seconda della fonte dell’elettricità utilizzata. La fonte dell’elettricità necessaria, inclusi i costi e l’efficienza, nonché le emissioni derivanti dalla produzione di elettricità, devono essere considerati nella valutazione dei vantaggi e della redditività economica della produzione di idrogeno tramite elettrolisi.
La rete elettrica di oggi non è l’ideale per fornire l’elettricità necessaria per l’elettrolisi a causa dei gas serra emessi e della quantità di carburante necessaria a causa della scarsa efficienza del processo di generazione di energia elettrica. La produzione di idrogeno attraverso l’elettrolisi è molto interessante per le  opzioni rinnovabili (vento) e energia nucleare. Questi percorsi provocano virtualmente zero gas a effetto serra e le emissioni inquinanti dei criteri.

 

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