Elettrolizzatori ad acqua a bassa temperatura: vantaggi, colli di bottiglia e prospettive

Idrogeno verde (GH₂) è prodotto attraverso l'elettrolisi dell'acqua in un elettrolizzatore, alimentato da elettricità rinnovabile, ad esempio eolica, solare, idroelettrica, termica (<0.1% della produzione globale di idrogeno contro il 99% da combustibili fossili). Alcuni recenti rapporti di mercato indicano che tra 400 e 550 milioni di tonnellate di GH₂ sarà prodotto mediante elettrolisi, richiedendo 3000–4000 GW di elettrolizzatori (aumento di circa 3000–4000 volte della capacità dell'elettrolizzatore entro il 2050).

Gli elettrolizzatori dell'acqua e in particolare le tecnologie degli elettrolizzatori dell'acqua a bassa temperatura (LT-WE) dipendono fortemente da (i) materiali utilizzati, ovvero catalizzatori, elettroliti, separatori, elettrodi, strati di trasporto porosi/strati di diffusione del gas e (ii) temperature e pressioni di esercizio. Attualmente, ci sono tre tipi principali di LT-WE, vale a dire: (i) elettrolizzatore ad acqua con membrana a scambio protonico (PEMWE), (ii) elettrolizzatore ad acqua alcalina (AWE) e (iii) elettrolizzatore ad acqua con membrana a scambio anionico (AEMWE). Per tutti LT-WE, sono necessarie ulteriori attività di ricerca e sviluppo su materiali e sistemi (ad esempio il bilanciamento degli impianti) per migliorare drasticamente l’efficienza, le prestazioni e la durata, oltre a ridurre i costi.

Questa presentazione evidenzia lo stato dell'arte, i vantaggi, i colli di bottiglia (ad esempio materie prime critiche, membrane, degrado, costi), le strategie per la riduzione dei costi (materiali, livelli di stack e di sistema), i potenziali percorsi per superare i problemi principali e indicatori chiave di prestazione e obiettivi tecnologici per tutte le tecnologie LT-WE.

Bruno G. Pollet è professore di chimica presso l'Université du Québec à Trois-Rivières (UQTR), direttore dell'UQTR Green Hydrogen Lab (GH2Lab), vicedirettore dell'UQTR Institute for Hydrogen Research (IHR) e professore a contratto di energie rinnovabili presso l'Università Università norvegese della scienza e della tecnologia (NTNU). Ha lavorato sull’energia dell’idrogeno nel Regno Unito, Giappone, Sud Africa, Norvegia e Canada. Detiene due prestigiose cattedre di ricerca, la cattedra di ricerca canadese Tier 1 NSERC sulla produzione di idrogeno verde e la cattedra di ricerca sull'energia rinnovabile Innergex (in parte finanziata dal Ministero dell'Economia e dell'Innovazione del Quebec) concentrandosi sulla prossima generazione di elettrolizzatori dell'acqua e sulle tecnologie di produzione dell'idrogeno. . È anche presidente della Divisione Idrogeno Verde dell'Associazione Internazionale per l'Energia all'Idrogeno (IAHE). Recentemente è stato invitato a far parte del Council of Engineers for the Energy Transition (CEET): un consiglio consultivo indipendente del Segretario generale delle Nazioni Unite, e gli è stato assegnato il premio IAHE Sir William Grove per il suo lavoro innovativo sull'idrogeno e sulle celle a combustibile e tecnologie degli elettrolizzatori.

Il Prof. Pollet ha completato il suo dottorato di ricerca in chimica fisica presso l'Università di Coventry e ha intrapreso il post-doc in elettrocatalisi presso l'Università di Liverpool. La sua ricerca copre un'ampia gamma di settori, dallo sviluppo di nuovi materiali per celle a combustibile a bassa temperatura ed elettrolizzatori d'acqua, alla produzione di idrogeno da acque (non)pure, sostanze organiche e rifiuti organici, a celle a combustibile ed elettrolizzatori, dimostratori e prototipi. La sua ricerca si concentra anche sugli ultrasuoni e sulla sonoelettrochimica per produrre celle a combustibile e materiali per elettrolizzatori e per migliorare i processi elettrochimici. È autore di due libri, ne ha curati più di 17 e ha pubblicato più di 25 capitoli di libri su idrogeno e celle a combustibile, sonochimica e sonoelettrochimica. Ha tenuto più di 200 keynote e conferenze su invito in vari eventi internazionali.