Elettrochimica: la forza della transizione energetica
La transizione energetica globale mira a ridurre la dipendenza dai combustibili fossili e a passare a fonti di energia sostenibili e rinnovabili.
L'elettrochimica, un campo che si occupa del legame tra reazioni chimiche ed energia elettrica, è fondamentale per consentire questa trasformazione.
Applicazioni come la produzione di idrogeno verde, la riduzione elettrochimica dell'anidride carbonica (CO₂), lo splitting dei sali e la tecnologia delle celle a combustibile evidenziano come la scienza stia rivoluzionando le tecnologie dell'energia pulita.
L'idrogeno verde rappresenta una delle strade più promettenti per la produzione di composti chimici e processi industriali. Viene ottenuto tramite elettrolisi dell'acqua, un processo che utilizza elettricità rinnovabile, tipicamente da fonti solari o eoliche, per scindere l'acqua (H₂O) in idrogeno (H₂) e ossigeno (O₂).
L'elettrolisi avviene in un elettrolizzatore, dove l'acqua subisce una reazione elettrochimica a due elettrodi: all'anodo, l'acqua viene ossidata in ossigeno gassoso e protoni; al catodo, gli ioni idrossile vengono ridotti per formare idrogeno gassoso.
Il vantaggio principale di questo processo è che produce idrogeno senza emettere CO₂, a differenza dei metodi convenzionali come lo steam reforming del metano. L'idrogeno così generato può essere utilizzato in varie applicazioni, tra cui le celle a combustibile, nella decarbonizzazione dei processi hard-to-abate e come combustibile nel settore del trasporto pesante.
Abbattere le emissioni di CO₂ è fondamentale per mitigare il cambiamento climatico. La riduzione elettrochimica dell'anidride carbonica converte la CO₂ in combustibili e sostanze chimiche preziose, come il monossido di carbonio (CO), l'acido formico (HCOOH), il metanolo (CH₃OH) e gli idrocarburi.
Il processo utilizza elettricità rinnovabile per guidare la riduzione della CO₂ al catodo di una cella elettrochimica, mentre l'ossidazione dell'acqua avviene all'anodo.
I catalizzatori sono fondamentali per migliorare l'efficienza della riduzione della CO₂. Quelli a base di rame, ad esempio, facilitano la conversione della CO₂ in idrocarburi e alcoli.
Questo approccio consente di utilizzare la CO₂ catturata da fonti industriali o dall’atmosfera, creando efficacemente un ciclo carbon neutral o addirittura carbon negative, se integrato con la cattura diretta dall’aria.
La scissione dei sali è un processo elettrochimico utilizzato per produrre sostanze chimiche di valore da soluzioni saline. Nello specifico, questo prevede la produzione di acidi e basi dai rispettivi sali. Ad esempio, il cloruro di sodio (NaCl) può essere scisso in acido cloridrico (HCl) e idrossido di sodio (NaOH), entrambi essenziali per vari processi industriali.
Questo metodo è più rispettoso dell'ambiente rispetto ai processi chimici tradizionali, che spesso sono energivori o utilizzano reagenti pericolosi. Utilizzando elettricità rinnovabile, la scissione dei sali può contribuire a un'industria chimica più sostenibile, riducendo la dipendenza dai prodotti chimici derivati dai combustibili fossili.
Le celle a combustibile sono un altro pilastro della transizione energetica. Queste convertono idrogeno e ossigeno in elettricità attraverso reazioni elettrochimiche, con alta efficienza e minime emissioni: i sottoprodotti sono solo acqua e calore.
Esistono diverse tipologie di celle, tra cui quelle alcaline sono tra le più utilizzate per applicazioni quali veicoli elettrici e alimentazione portatile. Le celle a combustibile a ossidi solidi (SOFC), invece, funzionano a temperature più elevate e sono adatte ad applicazioni stazionarie.
Le celle a combustibile offrono un'alternativa scalabile e pulita, sostenendo un'economia basata sull'idrogeno.
De Nora, leader mondiale nelle tecnologie elettrochimiche, svolge un ruolo fondamentale nel promuovere i processi chiave che guidano la transizione energetica. L'azienda è specializzata nello sviluppo di elettrodi ed elettrolizzatori ad alte prestazioni utilizzati nella produzione di idrogeno verde, nella riduzione di CO₂ e nel campo salt splitting. I loro innovativi coating migliorano l'efficienza e la durata dei sistemi elettrochimici, rendendo l'implementazione su larga scala più pratica e sostenibile.
L'elettrochimica è un motore cruciale della transizione energetica, consentendo soluzioni pulite per la produzione di idrogeno verde, la riduzione di CO₂, la scissione dei sali e le celle a combustibile. Con l'aumento degli investimenti e del sostegno politico, i processi elettrochimici contribuiranno a un futuro sostenibile, riducendo in modo significativo la nostra dipendenza dai combustibili fossili e mitigando il cambiamento climatico.
In questo contesto, De Nora fornisce tecnologie chiave per promuovere la transizione energetica, ), in linea con gli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile delle Nazioni Unite.