Celle a combustibile di lunga durata per applicazioni stazionarie
Le FC sono dei dispositivi elettrochimici di conversione, che producono elettricità grazie alla reazione chimica tra un combustibile, come ad esempio gas idrogeno (H2), e l’ossigeno presente nell’aria. Per questo, esso è un processo di conversione elettrochimica, ma che non ha combustione, combustibili fossili o emissioni di particolato, e che produce solo acqua come sottoprodotto. Inoltre, le FC sono efficienti, silenziose e senza parti in movimento, e questo significa che non c’è attrito e quindi nemmeno la degradazione ad esso associata. Le FC con membrana a scambio protonico (PEM), anche dette FC a membrana elettrolitica polimerica, sono al momento la tecnologia all’avanguardia per le applicazioni automobilistiche. La ricerca si è concentrata sulle tecniche di produzione a basso costo e su una durata delle FC di 5 000 ore. Per le applicazioni stazionarie, una durata prolungata e dei minori costi di manutenzione sono spesso più importanti rispetto all’investimento iniziale. Il progetto STAYERS(si apre in una nuova finestra) (STAYERS Stationary PEM fuel cells with lifetimes beyond five years), finanziato dall’UE, sta affrontando il bisogno di longevità (oltre 40 000 ore di uso senza interruzioni) e di una degradazione ridotta al minimo. Durante l’ultimo periodo di riferimento di sei mesi gli scienziati si sono concentrati su compilazione e analisi dei dati raccolti da test di invecchiamento accelerato e dai test finali sul campo. Il lavoro ha incluso un’analisi post-mortem delle combinazioni più promettenti dopo lo smontaggio. Due membrane prodotte con processi migliorati sono state sottoposte al test finale. I miglioramenti eliminano il post trattamento, facilitano la produzione in rotoli anziché in fogli e integrano agenti neutralizzatori dei radicali liberi. Le membrane sono state inserite in assemblati membrana elettrodi (MEA) di terza e quarta generazione e poi integrate negli stack FC in combinazioni variabili, incluso un concetto ad arcobaleno che contiene numerose variazioni MEA all’interno di uno stack. I test dello stack sul campo hanno mostrato un meccanismo di degradazione irreversibile, ma la degradazione reversibile è ancora oggetto di studio. Comunque, una composizione MEA la riduceva in maniera significativa. Inoltre, la sensibilità dei MEA alle impurità nel H2 usato come materia prima non era influenzata dall’invecchiamento accelerato, mentre una maggiore sensibilità alle impurità dell’aria influiva sul funzionamento. Ciononostante, il MEA con il cambiamento più ridotto è compatibile con gli obbiettivi del progetto. Tutti gli stack sono stati rimossi e analizzati, mettendo in evidenza i meccanismi di degradazione prevalenti. I risultati del progetto dovrebbero posizionare l’Europa quale leader mondiale nelle tecnologie relative a FC e idrogeno, creando opportunità commerciali e contribuendo a ridurre le emissioni e l’impatto climatico associato. Delle durate prolungate riducono i costi operativi, consentendo quindi la fattibilità economica. Un buon esempio è l’impiego di centrali elettriche PEM con dimensioni nell’ordine dei MW, che convertono l’idrogeno di scarto in elettricità “pulita”.
