L'elettrolisi alcalina avanzata dell'acqua: produzione di idrogeno
L'elettrolisi dell'acqua è un processo cruciale per la produzione di idrogeno.
Questa tecnologia ha ricevuto molta attenzione di recente, poiché l'idrogeno prodotto con questo metodo può essere sfruttato per decarbonizzare l'energia e i settori hard-to-abate, come la produzione di ammoniaca e acciaio.
In termini semplici, l'elettrolisi sfrutta una corrente elettrica per innescare una reazione chimica. L'acqua (H₂O) è composta da due atomi di idrogeno legati a uno di ossigeno. Quando una corrente elettrica passa attraverso l'acqua, i legami chimici vengono scissi, liberando idrogeno (H₂) e ossigeno (O₂) gassosi.
La reazione chimica può essere rappresentata come:
Questo processo avviene all'interno di una cella elettrochimica, il cuore di qualsiasi impianto per elettrolisi.
Una cella elettrochimica per l'elettrolisi dell'acqua ha un design semplice. È costituita da due elettrodi, un anodo (caricato positivamente) e un catodo (caricato negativamente), immersi in acqua. Per migliorare la conducibilità elettrica, all’acqua viene aggiunta una sostanza chiamata elettrolita (come sali, acidi o soluzioni alcaline).
Quando la corrente elettrica attraversa la cella:
• Catodo (elettrodo negativo): le molecole d'acqua acquisiscono elettroni e si scindono in idrogeno gassoso e ioni idrossido (OH⁻).
• Anodo (elettrodo positivo): gli ioni idrossido perdono elettroni e si trasformano in ossigeno gassoso.
L'anodo e il catodo sono separati da un diaframma, che consente di raccogliere separatamente i due gas, con l'idrogeno come prodotto principale per l'energia e altre applicazioni industriali. L'efficienza del processo dipende in larga misura dal design della cella e dai materiali utilizzati per gli elettrodi e gli elettroliti.
I metodi tradizionali di elettrolisi dell'acqua sono ad alta intensità energetica, sebbene il progresso tecnologico li abbia resi più efficienti. In questo senso, l'elettrolisi alcalina tradizionale, un tipo di elettrolisi che avviene a pH basico e che è stata sviluppata più di un secolo fa, è stata sostituita dall'elettrolisi alcalina avanzata.
In questi sistemi innovativi, gli elettrodi sono rivestiti con elettrocatalizzatori proprietari di De Nora, che accelerano la reazione, mentre diaframmi più sottili migliorano la separazione tra idrogeno e ossigeno. Il design avanzato adotta una configurazione a gap zero, in cui anodo e catodo sono a diretto contatto con il diaframma.
Questi miglioramenti riducono la resistenza elettrica, minimizzando la perdita di energia e aumentando l'efficienza della cella.
Un altro vantaggio dei sistemi alcalini è la convenienza. A differenza di alcuni metodi più recenti, come l'elettrolisi a membrana a scambio protonico (PEM), l'elettrolisi alcalina non si basa su materiali costosi come l'iridio per gli elettrodi e altri componenti. Questo la rende una scelta pratica per la produzione di idrogeno su larga scala.
L'idrogeno prodotto attraverso l'elettrolisi dell'acqua è chiamato “idrogeno verde” quando l'elettricità utilizzata proviene da fonti rinnovabili come il solare o l'eolico. Questo idrogeno pulito può essere utilizzato nelle celle a combustibile per alimentare veicoli, produrre elettricità o anche come materia prima per processi industriali.
Quando viene utilizzato come reagente chimico, il suo unico sottoprodotto è l'acqua, il che lo rende un vettore energetico sostenibile nella lotta contro il cambiamento climatico.
L'elettrolisi dell'acqua è un processo semplice ma potente che sblocca il potenziale dell'idrogeno come fonte di energia pulita.
Grazie a progressi come lo sviluppo dell'elettrolisi alcalina avanzata dell'acqua, la soluzione sta diventando più efficiente e conveniente, aprendo la strada a un futuro più verde. Che si tratti di alimentare veicoli o immagazzinare energia rinnovabile, l'idrogeno prodotto attraverso l'elettrolisi gioca un ruolo fondamentale nella transizione energetica.