Tra le tecnologie più utilizzate per la produzione di idrogeno verde ci sono gli elettrolizzatori a membrana a scambio protonico (PEM – Proton Exchange Membrane). Questi sistemi garantiscono efficienza, flessibilità operativa e capacità di adattarsi alle oscillazioni delle energie rinnovabili.
Scopriamo le caratteristiche e le modalità di funzionamento degli elettrolizzatori PEM e analizziamo quali sono i vantaggi e i limiti di questa tecnologia.
Come funzionano gli elettrolizzatori PEM?
Gli elettrolizzatori PEM utilizzano una membrana polimerica a scambio protonico per dissociare l’acqua nei suoi elementi fondamentali, ossigeno e idrogeno, mediante l’applicazione di una corrente elettrica.
Il sistema è costituito da una cella elettrolitica con due elettrodi: un anodo e un catodo, separati dalla membrana. Al livello anodico, l’acqua è decomposta in ossigeno molecolare e ioni idrogeno (protoni), che attraversano la membrana e raggiungono il catodo, dove si ricombinano per generare idrogeno molecolare.
Questa tecnologia è caratterizzata dalla sua capacità di rispondere in maniera estremamente rapida alle variazioni del carico, caratteristica che la rende particolarmente adatta per l’integrazione con fonti di energia rinnovabile come eolico e fotovoltaico. Inoltre, l’idrogeno prodotto dagli elettrolizzatori PEM raggiunge livelli di purezza molto elevati, requisito fondamentale per applicazioni industriali ad alto valore aggiunto e per il settore della mobilità a idrogeno.
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Leggi il nostro articolo: Elettrolisi: la tecnologia che trasforma l’elettricità in idrogeno
I vantaggi dell’elettrolisi con tecnologia PEM
L’elettrolisi basata su tecnologia PEM presenta una serie di vantaggi che la rendono la soluzione attualmente più utilizzata per la produzione di idrogeno verde:
- Elevata efficienza di conversione: Gli elettrolizzatori PEM garantiscono un’alta efficienza di conversione energetica, minimizzando il consumo specifico di energia per unità di idrogeno prodotto.
- Modularità e scalabilità: Il design modulare degli elettrolizzatori PEM consente una grande scalabilità, facilitando la configurazione di sistemi di dimensioni variabili in funzione delle effettive necessità operative.
- Dinamicità operativa: La capacità di avvio e spegnimento rapido rende questa tecnologia particolarmente adatta per l’utilizzo con fonti rinnovabili, le cui variazioni intermittenti richiedono sistemi in grado di rispondere con immediatezza.
- Purezza dell’idrogeno: L’idrogeno ottenuto attraverso gli elettrolizzatori PEM è estremamente puro, una qualità fondamentale per le applicazioni che richiedono standard qualitativi molto elevati, come la chimica fine e la mobilità.
Le criticità e i limiti della tecnologia PEM
Nonostante i significativi vantaggi, l’adozione della tecnologia PEM su larga scala presenta anche alcune criticità che dovranno essere risolte per rendere questi sistemi più competitivi sul mercato:
- Costi elevati dei materiali: Gli elettrolizzatori PEM richiedono l’uso di materiali rari e costosi, come il platino e l’iridio per i catalizzatori. Questo incide notevolmente sui costi di produzione, riducendo la competitività di questa tecnologia.
- Durata limitata e manutenzione: I componenti chiave, come la membrana polimerica e i catalizzatori, sono soggetti a degrado nel tempo. Ciò comporta una riduzione della durata operativa complessiva del sistema e un incremento dei costi di manutenzione e sostituzione.
- Sensibilità alle impurità dell’acqua: Gli elettrolizzatori PEM richiedono acqua di elevata purezza per evitare contaminazioni dei catalizzatori. Questo implica costi aggiuntivi relativi ai sistemi di purificazione e trattamento dell’acqua.
Altre tipologie di elettrolizzatori sul mercato
Oltre agli elettrolizzatori PEM, esistono altre tecnologie per la produzione di idrogeno mediante elettrolisi, ognuna con caratteristiche specifiche:
- Elettrolizzatori alcalini (AWE)
- Elettrolizzatori a membrana a scambio anionico (AEM)
- Elettrolizzatori ad ossidi solidi
Nell’elettrolisi alcalina, gli ioni idrossido vengono trasportati attraverso una soluzione alcalina da un catodo a un anodo.
Invece, nell’elettrolisi con membrana a scambio anionico (AEM) si utilizza una membrana di scambio anionico per separare le molecole d’acqua (H₂O) in idrogeno (H₂) e ossigeno (O₂).
Infine, gli elettrolizzatori ad ossido solido utilizzano un materiale ceramico solido come elettrolita, che conduce ioni di ossigeno con carica negativa.
Ognuna di queste tecnologie presenta determinati vantaggi e criticità, per cui è importante scegliere quella più adatta da utilizzare in base alle esigenze e alle specificità dell’impianto da realizzare. Ecco perché è importante rivolgersi ad un partner competente ed affidabile, in grado di consigliare la tecnologia più idonea per le proprie esigenze.
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