L’elettrolisi ripensata

L'idrogeno verde è considerato la chiave della transizione energetica, ma la sua produzione rimane costosa. I materiali utilizzati negli elettrolizzatori, in particolare, fanno lievitare i costi. I ricercatori dell'Empa stanno sviluppando rivestimenti che sostituiscono i metalli preziosi, bloccano la corrosione e possono essere scalati nell'industria. Questo avvicina la svolta economica dell'idrogeno verde.

L’elettricità rinnovabile più l’acqua produce idrogeno e ossigeno, e l’acqua viene nuovamente prodotta durante l’utilizzo. In realtà, però, oltre il 90% dell’idrogeno utilizzato oggi proviene da fonti fossili, soprattutto gas naturale. L’idrogeno verde ottenuto dall’elettrolisi costa attualmente circa il doppio dell’idrogeno prodotto in modo convenzionale.

Area problematica dell’elettrolizzatore
I materiali utilizzati nell’elettrolizzatore sono un importante fattore di costo. Il progetto Empa si concentra sulla tecnologia PEMWE, che può essere facilmente combinata con le energie rinnovabili fluttuanti. All’interno, tuttavia, si trova un ambiente altamente corrosivo e acido in cui l’acciaio non trattato “scompare” letteralmente. Anche i componenti al di fuori della zona acida soffrono quando gli ioni metallici più piccoli entrano nell’acqua altamente pura.

Titanio e platino come fattori di costo
Per controllare l’ambiente aggressivo, i componenti per l’approvvigionamento e lo scarico di acqua e gas sono ora realizzati in titanio. Il titanio è costoso, difficile da lavorare e deve essere rivestito di platino per evitare che si ossidi e comprometta le prestazioni dell’elettrolizzatore. Questa combinazione di metallo speciale e metallo prezioso rende l’hardware costoso e limita il potenziale di scalabilità.

Acciaio più ossido di titanio invece di titanio più platino
Lo scienziato dei materiali Konstantin Egorov e il suo team stanno seguendo un approccio diverso. Sostituiscono il materiale portante in titanio con l’acciaio e lo proteggono con uno speciale strato di ossido di titanio. Viene utilizzato un rutilo altamente cristallino e a basso contenuto di ossigeno. La mancanza di atomi di ossigeno garantisce la conduttività elettrica, mentre l’elevata cristallinità assicura la resistenza alla corrosione. In questo modo si crea uno strato protettivo conduttivo e stabile su un substrato molto più favorevole.

Rivestimento di livello industriale
Per il rivestimento il team utilizza la deposizione fisica da vapore, un processo industriale consolidato. Le prime applicazioni sulla cosiddetta piastra bipolare dimostrano che i componenti rivestiti superano i severi test di corrosione in laboratorio e in un elettrolizzatore funzionante. I componenti in acciaio sono anche più facili da lavorare, il che consente nuovi progetti ottimizzati per il flusso e può aumentare ulteriormente l’efficienza della cella.

Il prossimo ostacolo
Successivamente, i ricercatori affronteranno lo strato di trasporto poroso. Qui il rivestimento di ossido di titanio deve penetrare in profondità nei pori senza ostruirli. Se questo riuscirà, i due componenti centrali dell’elettrolizzatore PEMWE potranno contare su una base di materiali più favorevole e scalabile. Il progetto durerà fino alla fine del 2026, dopodiché un partner industriale contribuirà a commercializzare la tecnologia.