Elettrolisi: Freudenberg Sealing Technologies (FST) fornisce ai clienti soluzioni di tenuta per le tre tecnologie leader del settore.
Il sistema energetico sostenibile del futuro suona sorprendentemente semplice in sole tre frasi: gli elettrolizzatori sfruttano energia elettrica green per scindere l’acqua in idrogeno e ossigeno. L’energia immagazzinata nell’idrogeno viene successivamente riconvertita in energia elettrica nelle celle a combustibile. Infine, l’energia elettrica così ottenuta aziona veicoli, impianti di riscaldamento di edifici, acciaierie o impianti chimici.
In pratica, la base dell’intero processo, ossia la produzione di idrogeno verde mediante l’elettrolisi dell’acqua, è ancora agli albori, ma sta crescendo. “Credo fermamente nell’idrogeno verde come uno dei comparti industriali del futuro”, afferma Artur Mähne, Global Segment Manager Hydrogen Technologies. In tutto questo attribuisce a FST un ruolo importante come partner di sviluppo per i produttori di elettrolizzatori. Già, perché, proprio come le celle a combustibile, anche le pile e le celle degli elettrolizzatori hanno bisogno di centinaia di guarnizioni. FST vanta il know-how giusto in fatto di materiali, processi di produzione e sviluppo di queste guarnizioni specifiche per le applicazioni e in fatto di produzione in piccole e grandi quantità.
AEL, PEM o AEM?
Attualmente si stanno affermando in contemporanea tecnologie elettrolitiche diverse. “In FST, la nostra attenzione si concentra principalmente sulle tecnologie PEM e AEM. In questi settori, infatti, vantiamo una profonda conoscenza delle applicazioni, deteniamo una forte posizione in fatto di materiali e abbiamo ottimo accesso al mercato. Per quanto riguarda il terzo processo per noi rilevante, l’elettrolisi alcalina (AEL), ci stiamo occupando intensamente della resistenza chimica del materiale di tenuta alla soluzione alcalina utilizzata come elettrolita”, spiega Mähne.
Artur Mähne è Global Segment Manager Hydrogen Technologies presso Freudenberg Sealing Technologies.
I diversi processi vantano anche punti di forza diversi e si prestano a campi di applicazione altrettanto diversi (vedi sotto). “Partiamo dal presupposto che nei prossimi decenni tutte e tre queste tecnologie saranno importanti per noi”, prevede l’esperto di FST.
Una delle discipline supreme è quella di fornire al cliente non delle guarnizioni sfuse, bensì cosiddette applicazioni 2K. Questo significa che FST, ad esempio, integra la guarnizione direttamente in una piastra bipolare o in un telaio termoplastico o metallico che racchiude la piastra. Questa integrazione a 2 componenti (2) offre al cliente un valore aggiunto, tra le altre cose rende molto più facile il montaggio. Inoltre, crea un elevato grado di sicurezza dei processi prevenendo eventuali perdite.
A tale scopo, la guarnizione può essere stampata direttamente sul supporto con il metodo dell’overmolding o sovrainiezione oppure guarnizione e supporto vengono interconnessi meccanicamente. “Disponiamo di un vastissimo know-how per quanto riguarda questi processi di accoppiamento, ovvero il fissaggio stabile dell’elastomero al metallo o alla plastica. Per gli elettrolizzatori, attualmente stiamo perseguendo vari approcci astuti”, afferma Mähne.
Molti modi per arrivare all’obiettivo
Nell’elettrolisi verde dell’acqua, per Freudenberg Sealing Technologies (FST) si stanno rivelando promettenti tre processi su quattro. Quali sono i loro vantaggi e svantaggi.
Elettrolisi AEL (Elettrolisi alcalina)
Gli elettrolizzatori alcalini sono già in uso su scala industriale in tutto il mondo e sono i più collaudati. Essi funzionano con materiali relativamente economici e si distinguono per la loro elevata affidabilità a lungo termine. Si prestano preferibilmente alla produzione stazionaria di idrogeno su larga scala con un’alimentazione di corrente costante.
L’efficienza degli elettrolizzatori AEL è limitata e, inoltre, essi richiedono un funzionamento continuo e costante, il che li rende meno adatti all’alimentazione di energia proveniente dalle centrali eoliche e solari per natura fluttuante. Come elettrolita, gli elettrolizzatori AEL utilizzano una soluzione alcalina corrosiva di idrossido di potassio o idrossido di sodio alquanto critica per la tecnologia di tenuta e la sicurezza. Gli elettrolizzatori AEL funzionano con una pressione limitata, pertanto, per essere stoccato e trasportato, l’idrogeno prodotto deve essere enormemente compresso con un elevato consumo energetico. Infine, questi elettrolizzatori sono piuttosto ingombranti e pesanti, quindi predestinati alle applicazioni industriali.
Elettrolisi PEM (Elettrolisi a membrana a scambio protonico)
Negli elettrolizzatori PEM, al posto di un elettrolita liquido viene utilizzata una cosiddetta “Proton Exchange Membrane” (membrana a scambio protonico) a tenuta di gas abbreviata PEM. Gli elettrolizzatori PEM compatti conquistano per la loro elevata efficienza e sono caratterizzati da un alto rendimento. Inoltre, si adattano rapidamente e con flessibilità alle enormi fluttuazioni di carico che insorgono, ad esempio, nelle fonti di energia rinnovabili.
Il processo richiede l’utilizzo di metalli nobili piuttosto costosi come il platino o l’iridio per gli elettrodi. L’elettrolisi PEM è relativamente nuova e quindi ha in serbo ancora un grande potenziale per ulteriori sviluppi tecnici necessari anche, ad esempio, per quanto riguarda la resistenza alle contaminazioni e la durata.
Elettrolisi AEM (Elettrolisi a membrana a scambio anionico)
Il processo “Anion-Exchange-Membran” (AEM), ossia a membrana a scambio anionico, abbina i vantaggi in termini di costi dell’elettrolisi alcalina alla flessibilità e all’efficienza dei processi dell’elettrolisi PEM. Poiché il processo avviene in un ambiente lievemente alcalino, per gli elettrodi è possibile utilizzare catalizzatori poco costosi e privi di metalli preziosi. Questi sistemi modulari compatti si adattano flessibilmente all’aumento della domanda. L’azienda italo-tedesca Enapter, con cui FST lavora fianco a fianco nello sviluppo di soluzioni a prova di futuro, è uno dei pionieri di questa tecnologia.
Il grado di sviluppo tecnologico è ancora relativamente basso e la durata della membrana utilizzata presenta ancora grandi potenzialità. Gli elettrolizzatori AEM sono adatti preferibilmente all’uso in applicazioni del settore privato ma anche per le applicazioni di medie aziende e commerciali, piuttosto che per le grandi esigenze di un’azienda industriale.
