Testato in condizioni reali dal MIT, il sistema promette di abbassare il prezzo dell’idrogeno verde da 10 dollari al chilo a 1 dollaro al chilo dopo aver recuperato l’investimento. Produrre idrogeno verde quando l’elettricità è molto economica è la scommessa del paese per sfruttare questo surplus.
C’è un problema
Sebbene l’idrogeno verde sia prodotto con energia solare o eolica (per questo si dice che è un vettore energetico che immagazzina energia pulita), il processo per produrlo, l’elettrolisi dell’acqua, consuma enormi quantità di acqua dolce, una risorsa sempre più scarsa per miliardi di persone in regioni minacciate dalla siccità cronica.
La soluzione ovvia è utilizzare l’acqua di mare, la risorsa più abbondante del pianeta. Ma ovviamente il sale e le impurità corrodono le attrezzature e riducono l’efficienza del processo. Sono necessari impianti di desalinizzazione esterni, che aumentano i costi e il consumo energetico, oppure elettrolizzatori super resistenti, ancora in fase di sviluppo.
Esiste una terza via. Ricercatori del MIT, della Cornell University, della Johns Hopkins University e della Michigan State University hanno unito le forze per trovare un’alternativa che hanno soprannominato “trifecta della sostenibilità”.
Il sistema, descritto in dettaglio su Energy & Environmental Science, produce idrogeno verde direttamente dall’acqua di mare. Lo fa utilizzando l’energia solare con un’efficienza impressionante e generando acqua potabile come sottoprodotto.
Come hanno fatto. Sfruttando tutto lo spettro solare. L’idea centrale di questo nuovo approccio, ufficialmente denominato HSD-WE (Hybrid Solar Distillation–Water Electrolysis), è quella di sfruttare al massimo l’energia solare.
Sappiamo che i pannelli fotovoltaici convertono solo una parte della luce solare in elettricità (i più efficienti raggiungono circa il 25% di efficienza). Il resto dell’energia viene dissipato sotto forma di calore residuo. E se invece di sprecare quel calore lo utilizzassimo per qualcosa di utile? Eureka!
Più semplice di quanto sembri
Come molti altri sistemi destinati alla produzione di idrogeno verde, l’HSD-WE integra pannelli solari che convertono la luce in elettricità e un elettrolizzatore a membrana a scambio protonico (PEM) che scompone le molecole d’acqua in idrogeno e ossigeno.
Il segreto sta nella parte posteriore dei pannelli solari, dove l’HSD-WE è dotato di un distillatore termico interfacciale che utilizza il calore residuo delle celle fotovoltaiche per evaporare l’acqua di mare. Una semplice membrana che assorbe l’acqua salata. È geniale.
La cosa migliore è che funziona. L’elettricità dei pannelli solari alimenta direttamente l’elettrolizzatore. Allo stesso tempo, il calore residuo del pannello riscalda l’acqua di mare nel distillatore interfacciale, evaporandola. Questo vapore acqueo puro (ormai privo di sale) viene trasportato attraverso un piccolo spazio d’aria fino all’elettrolizzatore, dove si condensa direttamente sull’anodo, aggiungendo acqua ultrapura per l’elettrolisi.
Il prototipo, testato dal MIT sia in condizioni di laboratorio, sotto luce solare simulata, sia all’aperto, in una giornata parzialmente soleggiata, ha dato risultati impressionanti. Sono stati ottenuti 35,9 litri di idrogeno secco per metro quadrato di pannello solare all’ora, utilizzando acqua di mare reale. In termini di efficienza, il sistema ha convertito il 12,6%, un tasso paragonabile o addirittura superiore alle attuali tecnologie di produzione di idrogeno verde con acqua potabile.
Idrogeno a basso costo finalmente? Al di là dell’impresa tecnica, anche l’analisi economica preliminare è promettente. Non dipendendo da forniture esterne di elettricità o acqua purificata, il costo operativo è minimo, quindi il prezzo dell’idrogeno prodotto con questo sistema potrebbe diminuire drasticamente con l’aumentare della scala.
Mentre l’elettrolisi convenzionale alimentata dalla rete elettrica e che utilizza acqua potabile costa circa 10 dollari al chilo, questo sistema HSD-WE, in cambio di un investimento iniziale leggermente superiore, potrebbe raggiungere i 5 dollari al chilo dopo 3 anni di funzionamento e scendere fino a 1 dollaro al chilo in 15 anni. Un prezzo che cambierebbe senza dubbio le regole del gioco.
