Page 40 - Impiantistica industriale

FUTURO SOSTENIBILE

d’acqua. L’α-Fe O ha il vantaggio di essere estre- ni di assorbimento della luce solare e di elettrolisi
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mamente abbondante sulla crosta terrestre e di dell’acqua.
assorbire la luce nella porzione più intensa dello Rispetto al tradizionale PV + elettrolizzatore, questo
spettro solare, mentre il WO gode di processi di approccio integrato non necessita di infrastrutture
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separazione di carica più efficienti, ma raccoglie elettriche aggiuntive, riducendo costi di installazio-
solo la luce della banda blu e UV. Nell’ambito del ne e manutenzione. Inoltre, l’assenza di connes-
progetto “SOLSTHYCE” i fotoanodi vengono sinte- sioni elettriche esterne riduce le perdite di energia,
tizzati mediante crescita del materiale fotoattivo su aumentando l’efficienza complessiva del processo
di un collettore ohmico metallico tramite deposizio- di produzione dell’idrogeno.
ne solvotermale e idrotermale. Il vantaggio di tale Allo stesso modo, la produzione di Idrogeno “Gial-
tecnica di sintesi risiede certamente nella scalabilità lo” è caratterizzata da una maggior semplicità di
del processo (precursori a basso costo e soluzione progettazione e gestione operativa: basata un di-
acquose) e nella possibilità di adattarsi a molti sub- spositivo unico e integrato come la PEC, l’impianti-
strati ohmici, anche flessibili. La scelta di un sot- stica per il suo utilizzo offre un design più compatto
tile substrato metallico può essere conveniente in con una sostanziale riduzione dei componenti ausi-
molte applicazioni poiché coniuga alta conducibilità liari rispetto alla combinazione PV + elettrolizzatore.
elettrica a flessibilità meccanica, offrendo la possi-
bilità di inserimento all’interno di un concentratore
parabolico a fuoco lineare. Tale sistema consente
di aumentare l’harvesting luminoso e conseguen-
temente la fotocorrente impiegata per l’evoluzione
di idrogeno .
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PARTE 2 - Implementazione
impiantistica
2.1 L’idrogeno fotoelettrochimico
(Idrogeno “Giallo”)

La tecnologia fotoelettrochimica rappresenta un Figura 4 – Concept design della cella PEC
significativo differenziatore rispetto al metodo tra-
dizionale di produzione dell’idrogeno per elettrolisi
dell’acqua sostenuta da energia elettrica prodotta
da fonte rinnovabile (per esempio, fotovoltaica). 2.2 La cella PEC Incico
Essa infatti semplifica drasticamente il processo di Sulla base dei dati sperimentali ottenuti in UniFE
produzione H , eliminando i costi e le complessità (Università di Ferrara), Incico ha ideato un prototipo
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impiantistiche associate alla costruzione separata e di PEC costituito da un fotoanodo di ematite che
all’interconnessione delle unità di produzione elet- realizza il water splitting per illuminazione solare
trica (PV) e di elettrolisi (Figura 3). diretta e in combinazione con una polarizzazione
L’unità PEC combina infatti quella fotovoltaica e il elettrica esterna (bias).
relativo elettrolizzatore in un unico sistema wire- La configurazione della PEC è tubolare, compren-
less combinando in un unico dispositivo le funzio- dente un semitubo in acciaio al carbonio incapsula-
to in un tubo in materiale trasparente (ad es. vetro).
Sul semitubo metallico è depositato un layer di
ematite che ne costituisce l’anodo.
L’elettrolita circola all’interno della cella in modo
continuo: per facilitare la migrazione dei protoni
H+ al catodo è installata longitudinalmente lungo
la cella una membrana trasparente permeabile ai
protoni (Proton Exchange Membrane PEM, per
esempio, Nafion), che mantiene separate le due
semicelle anionica e cationica.
Il catodo è costituito da un elettrodo metallico in
Nichel in forma di rete, accoppiato con la membra-
na protonica (Figura 4). Il processo elettrolitico che
avviene nella PEC determina la formazione di H
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e O gassosi nei semitubi: i gas vengono traspor-
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tati all’esterno della cella in fase mista e separati
dall’acqua in eccesso.
Figura 3 – Confronto nella L’utilizzo del semitubo metallico come supporto
produzione di H2 per elettro- del fotoanodo aumenta la resistenza meccanica
lisi dell’acqua con PV e PEC e la stabilità operativa della cella, riducendo costi
(adattata da [4]) di produzione e rendendo il dispositivo più adatto

36 Impiantistica Italiana - Gennaio-Febbraio 2025