Piattaforma per acqua, gas e calore
La produzione di idrogeno «verde» tramite elettrolisi deve affrontare una forte concorrenza: oltre il 90% dell'idrogeno è attualmente prodotto principalmente dal gas naturale, perché l'idrogeno sostenibile prodotto tramite elettrolisi è circa due volte più costoso da produrre. Secondo l'Empa, un progetto che coinvolge ricercatori dell'Empa e degli istituti di ricerca di Brest (FR) e Nancy (FR) sta quindi lavorando su alternative più economiche per due materiali chiave nei dispositivi di elettrolisi:
L'ambiente che prevale nell'elettrolizzatore è corrosivo. Anche i componenti che non entrano in contatto con l'ambiente altamente acido si corrodono. E anche le più piccole quantità di metallo disciolto nell'acqua di elevata purezza che confluisce nel dispositivo per l'elettrolisi possono ridurne le prestazioni e la durata. I componenti per l'alimentazione e lo scarico dell'acqua e dei gas risultanti all'interno dell'elettrolizzatore sono quindi realizzati in titanio. Per evitare che il titanio si ossidi e comprometta l'efficacia dell'elettrolizzatore, i componenti devono ancora essere rivestiti con il prezioso metallo platino, il che aumenta ulteriormente i costi.
Il progetto è quindi alla ricerca di modi per sostituire il costoso platino senza compromettere la resistenza alla corrosione. A questo scopo viene utilizzata una forma speciale di ossido di titanio, il rutilo altamente cristallino a basso contenuto di ossigeno. Il motivo: il rutilo manca di atomi di ossigeno in alcuni punti, il che conferisce al materiale una buona conduttività, mentre la sua elevata cristallinità garantisce un'alta resistenza alla corrosione. Inoltre, il materiale portante, il titanio, sarà sostituito dall'acciaio. «L'acciaio non è solo più economico, ma anche molto più facile da lavorare. Ciò consente di progettare componenti nuovi e avanzati che aumentano l'efficienza della cella», spiega Konstantin Egorov dell'Empa.
Secondo l'Empa, i primi risultati confermano l'elevata resistenza alla corrosione del nuovo rivestimento. «Siamo riusciti a sviluppare un metodo per rivestire con successo il primo componente dell'elettrolizzatore PEMWE, la cosiddetta piastra bipolare, con ossido di titanio», spiega Egorov. Il metodo utilizzato è chiamato deposizione fisica da vapore (PVD) ed è ampiamente utilizzato nell'industria.
Dopo il successo dei test sulla piastra bipolare, un altro componente chiave deve essere rivestito con ossido di titanio: lo strato di trasporto poroso. Secondo Egorov, il rivestimento di materiale poroso pone molte sfide, poiché i pori devono essere rivestiti in modo uniforme, in modo che il materiale sottostante non si corroda né si intasi.
Il progetto durerà fino al 2026, dopodiché i ricercatori dell'Empa sperano di coinvolgere un partner industriale per sviluppare ulteriormente la tecnologia innovativa verso la commercializzazione.
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