La tecnologia per la produzione di idrogeno è in costante evoluzione e gli elettrolizzatori AEM (Anion Exchange Membrane) rappresentano una soluzione innovativa per ottenere idrogeno verde attraverso un processo di elettrolisi. Quindi, questi elettrolizzatori rappresentano una valida alternativa tecnologica per le aziende impegnate nella transizione energetica e nella riduzione delle emissioni di carbonio.
Vediamo più in dettaglio le caratteristiche di questa tecnologia, quali vantaggi comporta e quali sono i suoi attuali limiti.
Come funzionano gli elettrolizzatori AEM
Gli elettrolizzatori AEM sfruttano una membrana di scambio anionico per separare le molecole d’acqua (H₂O) in idrogeno (H₂) e ossigeno (O₂). In questo processo si utilizza una soluzione elettrolitica alcalina, spesso contenente idrossido di potassio, al fine di migliorare la conduzione degli ioni attraverso la membrana. Durante l’elettrolisi, gli ioni idrossido (OH-) migrano dal catodo verso l’anodo attraverso la membrana AEM. Questa tecnologia permette di produrre idrogeno ad alta purezza con un minore impatto ambientale rispetto ad altri processi, in quanto i materiali che compongono questi sistemi sono più comuni rispetto alle terre rare solitamente utilizzate e che comportano maggiori emissioni per la loro estrazione.
Inoltre, i sistemi AEM possono funzionare a densità di corrente e pressioni differenziali elevate, con un bassissimo grado di PGM nello stack.
Vuoi approfondire il processo e il funzionamento dell’elettrolisi?
Leggi il nostro articolo: Elettrolisi: la tecnologia che trasforma l’elettricità in idrogeno
I vantaggi dell’elettrolisi con tecnologia AEM
L’uso degli elettrolizzatori AEM per la produzione di idrogeno comporta una serie di vantaggi.
1. Costi ridotti: a differenza degli elettrolizzatori a membrana a scambio protonico (PEM), la tecnologia AEM non richiede l’uso di metalli preziosi come il platino per i catalizzatori, riducendo significativamente i costi di produzione. Inoltre, questi sistemi possiedono un BOP semplificato che li rende più competitivi.
2. Sostenibilità ambientale: questa tecnologia può essere abbinata a fonti di energia rinnovabile, favorendo una produzione di idrogeno green a zero emissioni di carbonio.
3. Flessibilità e scalabilità: grazie alla loro adattabilità, gli elettrolizzatori AEM possono essere utilizzati in diverse tipologie di impianti, dalla piccola produzione locale fino ad applicazioni su larga scala per industrie energetiche o chimiche. Lo stack AEM ha una scalabilità immediata, da pochi kW fino ad oltre 1 MW e si prevede che in futuro possa raggiungere una potenza compresa tra 4 e 6 MW.
4. Stabilità e conducibilità: il sistema AEM offre molta stabilità alle alte temperature, oltre ad un’elevata conducibilità.
Questi vantaggi rendono la tecnologia AEM una delle opzioni più promettenti per le aziende che desiderano investire in una produzione di idrogeno efficiente e a minore impatto ambientale.
Le sfide dell’elettrolisi con tecnologia AEM
Oltre agli importanti vantaggi già elencati, l’elettrolisi con AEM presenta tuttavia anche alcune criticità.
Uno dei principali limiti è la durata inferiore delle membrane AEM rispetto a quelle utilizzate nella tecnologia PEM, con possibili costi aggiuntivi per la sostituzione delle membrane a lungo termine.
Inoltre, la soluzione elettrolitica alcalina utilizzata negli elettrolizzatori AEM può essere vulnerabile a contaminazioni e impurità, che riducono l’efficienza del sistema e richiedono frequenti manutenzioni.
Oltretutto, anche se l’efficienza degli elettrolizzatori AEM è in continuo miglioramento, esistono ad oggi tecnologie che offrono performance energetiche superiori, rendendola per il momento meno competitiva in contesti di grandi dimensioni o di alta domanda energetica.
Tuttavia, le prospettive di sviluppo della tecnologia AEM sono molto promettenti e il progressivo perfezionamento degli elettrolizzatori AEM permetterà di superare nel tempo gli attuali limiti. Infatti, sono in corso numerosi progetti di ricerca orientati al miglioramento della durata della membrana e all’ottimizzazione dell’efficienza del sistema.
Le diverse tipologie di elettrolizzatori
Oltre a quelli con tecnologia AEM, esistono anche altri tipi di elettrolizzatori che si differenziano per struttura e modalità operative:
- Elettrolizzatori alcalini (AWE)
- Elettrolizzatori a membrana a scambio protonico (PEM)
- Elettrolizzatori ad ossido solido
Nell’elettrolisi alcalina, gli ioni idrossido vengono trasportati attraverso una soluzione alcalina e un diaframma da un catodo a un anodo.
Invece, l’elettrolisi con membrana a scambio protonico (PEM) è basata su una membrana polimerica che funge da elettrolita per condurre protoni dall’anodo al catodo.
Infine, gli elettrolizzatori ad ossido solido utilizzano un materiale ceramico solido come elettrolita, che conduce ioni di ossigeno con carica negativa dal catodo all’anodo.
Ognuna di queste tecnologie presenta caratteristiche specifiche, con relativi vantaggi e limiti, che le rendono più o meno adatte a specifici contesti produttivi e settori industriali.
Tuttavia, per le sue caratteristiche, la tecnologia AEM rappresenta la naturale evoluzione dei sistemi AWE e PEM, combinando i vantaggi di entrambi con prezzi più competitivi. Infatti, questa tecnologia permette una riduzione dei costi di euro 0,50- 0,70/kg H2 rispetto ai sistemi tradizionali.
Il ruolo di Simplifhy nella realizzazione del tuo impianto con tecnologia AEM
Simplifhy supporta aziende e istituzioni nella scelta delle tecnologie di produzione dell’idrogeno più appropriate per le loro esigenze energetiche. Grazie a una rete di partner tecnologici e al know-how consolidato del nostro team di lavoro, siamo in grado di assistere i clienti nell’adozione di elettrolizzatori AEM e altre tecnologie avanzate per la produzione di idrogeno.
In particolare, grazie alla nostra partnership con Enapter, integriamo gli elettrolizzatori AEM dell’azienda tedesca negli impianti di produzione di idrogeno verde sul territorio italiano. La tecnologia brevettata sviluppata da Enapter permette la produzione di massa di elettrolizzatori di idrogeno verde plug-and-play a basso costo e su qualsiasi scala.
Tra le nostre applicazioni più recenti che sfruttano la tecnologia AEM c’è il Sistema Power-to-gas per la produzione e lo stoccaggio di idrogeno che stiamo sviluppando nel laboratorio di Sotacarbo, in Sardegna.
Attualmente sono in fase di sviluppo anche elettrolizzatori AEM di altri fornitori, con i quali potremo realizzare nuovi progetti utilizzando questa innovativa tecnologia.
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