L’idrogeno, l’elemento più semplice ma allo stesso tempo più abbondante nell’universo, è incredibilmente versatile ed è stato sfruttato di recente celle a combustibile a idrogeno attraverso un processo elettrochimico che combina idrogeno e ossigeno per produrre acqua e gas. Queste cellule possono potenzialmente risolvere alcuni dei problemi più urgenti legati all’energia. Mentre continua il dibattito sui pro e contro delle celle a combustibile a idrogeno, non è in discussione il fatto che l’idrogeno sia un’alternativa ecologica ai combustibili fossili in grado di fornire energia ad alta densità per molti impianti industriali e modalità di trasporto.
Qui approfondiremo il modo in cui le celle a combustibile a idrogeno possono cambiare il futuro dell'utilizzo dell'energia e il modo in cui le aziende trarranno vantaggio da questa evoluzione.
Sommario
Mercato globale delle celle a combustibile a idrogeno
Fatti riguardanti le celle a combustibile alimentate a idrogeno
Conclusione
Mercato globale delle celle a combustibile a idrogeno
Il mercato globale delle celle a combustibile a idrogeno valeva la pena circa 6.6 miliardi di dollari nel 2021e le aziende produttrici di celle a combustibile continueranno a lavorare per rendere le celle a combustibile a idrogeno più leggere, meno costose da produrre e richiedenti meno parti.
Si prevede quindi che il mercato varrà 19.5 miliardi di dollari entro il 2027 e registrerà un CAGR del 21% tra il 2022 e il 2027. La domanda di energia pulita in alcune regioni, in particolare nell’Asia-Pacifico, sta alimentando ulteriormente la crescita del settore dell’idrogeno. mercato delle celle a combustibile, con il Giappone che domina l’espansione del settore attraverso una serie di applicazioni. Altri paesi in cui la crescita futura sembra inevitabile includono Cina, Germania e Corea.
Fatti riguardanti le celle a combustibile alimentate a idrogeno
Ecco i 10 fatti a riguardo celle a combustibile a idrogeno che li distinguono dagli altri sistemi di stoccaggio del carburante:
Le celle a combustibile sono una fonte di energia pulita
Celle a combustibile a idrogeno rappresentare una fonte di energia pulita a basso impatto ambientale. Durante lo stoccaggio non è coinvolta alcuna combustione e i sottoprodotti sono solo calore e acqua. Inoltre, a differenza dell’energia idroelettrica o dei biocarburanti, non sono necessarie vaste aree terrestri per produrre idrogeno.
La NASA sta anche lavorando per utilizzare l’idrogeno come risorsa, con l’acqua prodotta come sottoprodotto utilizzata come acqua potabile per gli astronauti. Questo fatto dimostra come celle a combustibile a idrogeno sono una risorsa non tossica, il che li rende superiori al carbone, all’energia nucleare o al gas naturale.
Le celle a idrogeno hanno poco inquinamento acustico o visivo
Come altre fonti energetiche, celle a combustibile a idrogeno non generare rumore eccessivo. Anche i veicoli alimentati a idrogeno producono meno rumore di quelli che utilizzano motori a combustione interna convenzionali. I motori dei veicoli tradizionali comportano esplosioni e parti meccaniche in movimento, mentre il processo elettrochimico nelle celle a combustibile è silenzioso e produce un rumore meccanico minimo. Questo è uno dei motivi é stimato che entro il 20 circa il 2030% dei veicoli a livello mondiale sarà alimentato da celle a combustibile.
Il design semplice delle celle a combustibile riduce la necessità di componenti meccanici complessi che potrebbero contribuire all’inquinamento visivo. Il design aerodinamico di celle a idrogeno migliora la loro compatibilità visiva tramite diverse applicazioni.
Le celle a combustibile sono versatili
La versatilità di celle a combustibile a idrogeno è anche un fattore importante nella loro crescente adozione. Le loro applicazioni spaziano dall'alimentazione di veicoli ed edifici ai gadget elettronici portatili e alle strutture di alimentazione alternative.
Le celle a combustibile a idrogeno sono allo studio anche per le industrie marittime e aerospaziali. Questa inclinazione verso la propulsione basata sull’idrogeno mira a ridurre le emissioni e creare un impatto ambientale minimo.
Le celle alimentate a idrogeno hanno tempi di ricarica rapidi
L'ultima progetti di celle a combustibile a idrogeno hanno ridotto notevolmente i tempi di ricarica. Ciò è stato ottenuto utilizzando una bobina semicilindrica come scambiatore di calore interno, raffreddando la cella a combustibile a idrogeno solido più velocemente, il che a sua volta la aiuta a caricarsi più velocemente.
Grazie a questo metodo, il tempo di ricarica dell’idrogeno è stato ridotto del 59% rispetto all’utilizzo di uno scambiatore di calore a spirale elicoidale convenzionale.
Le celle a combustibile offrono una lunga durata di utilizzo
La durata esatta della vita di a cella a combustibile fa affidamento sul suo utilizzo perché le batterie si scaricano a velocità diverse a seconda delle loro applicazioni. Ad esempio, i veicoli a celle a combustibile a idrogeno possono percorrere in media 312 e 380 miglia prima di fare rifornimento. Le pile di carburante nelle celle sono progettate per un utilizzo a vita, da circa 150,000 a 200,000 miglia. Al termine della loro vita utile, le celle a combustibile possono essere smontate e i componenti possono essere riciclati.
Questa durata è superiore a quella offerta dai veicoli elettrici (EV). La temperatura esterna non influisce sull'efficienza di una cella a combustibile. Non si deteriora con il freddo come quando viene utilizzato nei veicoli elettrici. Questo vantaggio delle celle a combustibile a idrogeno è amplificato se combinato con i tempi di ricarica rapidi.
Le celle energetiche a idrogeno sono più potenti
Le celle a combustibile sono una fonte di energia ad alta densità con un’eccellente efficienza energetica. In generale, l’idrogeno ha il più alto contenuto energetico di qualsiasi combustibile comune in termini di peso. L’idrogeno liquido e i gas ad alta pressione hanno una densità di energia gravimetrica tre volte superiore a quella del GNL e del diesel e un’energia volumetrica simile al gas naturale.
L’efficienza del carburante consente la produzione di più energia per libbra di carburante. Ad esempio, una centrale elettrica a combustione tradizionale produce elettricità con un’efficienza del 33-35% rispetto al 65% delle altre celle a combustibile. Lo stesso accade con i veicoli, dove celle a combustibile a idrogeno distribuiscono il 40-60% dell’energia offrendo al contempo una riduzione del 50% nel consumo di carburante.
La tecnologia delle celle a idrogeno è ideale per le comunità rurali
In molti paesi gli impianti energetici sono situati lontano dai centri urbani e sono necessarie reti di distribuzione per garantire che l’energia venga costantemente fornita ai consumatori. Allo stesso modo, sono necessarie soluzioni concrete per fornire energia alle comunità rurali. I ricercatori hanno rivelato che estendere il potere a tali aree è economicamente e tecnicamente irrealizzabile.
La semplicità e l'efficacia di celle a combustibile renderli una risorsa energetica adatta per le zone rurali. Il loro funzionamento è indipendente da qualsiasi parte in movimento e ha una lunga durata, che può arrivare fino a 40,000 ore. Inoltre, questi possono essere impilati per soddisfare diversi requisiti di alimentazione.
Sfruttando il fatto che le celle a combustibile generano calore ed energia simultaneamente, entrambe possono essere utilizzate per scopi diversi. Ad esempio, il calore può essere estratto e utilizzato per apparecchiature di ventilazione e condizionamento dell'aria (HVAC). In Sudafrica, ad esempio, il 13% dell’energia viene utilizzata per il riscaldamento degli ambienti mentre il 32% per l’acqua calda.
Le celle a combustibile possono funzionare come energia di riserva
Le celle a combustibile a idrogeno sono diventate una tecnologia promettente da utilizzare in applicazioni di alimentazione di backup. L'alimentazione di backup si riferisce all'utilizzo di fonti di alimentazione secondarie per fornire energia in caso di improvvisa interruzione dell'elettricità. Questo è fondamentale per infrastrutture come data center, ospedali e reti di telecomunicazioni. Celle energetiche a idrogeno fornire energia affidabile per tale infrastruttura, con tempi di attività elevati e bassi requisiti di manutenzione. Molte organizzazioni in tutto il mondo stanno implementando le celle a combustibile per sfruttare al massimo i vantaggi offerti.
Le celle a idrogeno sono portatili
L’energia portatile è un must per gli individui e le organizzazioni che lavorano in molti campi, e l’elevata dipendenza da enormi strutture di potere può causare restrizioni in termini di movimento. Fortunatamente, celle a combustibile sono emersi come una soluzione a queste esigenze. I sistemi di alimentazione portatili pesano meno di 10 kg e forniscono una potenza inferiore a 5 kW.
Minore microcelle a combustibile possono essere utilizzate per alimentare telefoni cellulari e laptop e presentano vantaggi legati alla riduzione del peso e alla densità energetica rispetto alle batterie agli ioni di litio. D’altra parte, gli spettacoli di energia portatile su larga scala promettono applicazioni geograficamente remote come le stazioni meteorologiche.
Le celle a combustibile possono democratizzare il potere
L’eccessiva dipendenza dai combustibili fossili per produrre energia sta esaurendo i sistemi energetici e inquinando l’ambiente. Le celle a combustibile consentire la produzione di energia distribuita che aiuta le comunità e le entità più piccole a generare più energia. Inoltre, la minore dipendenza dalle reti elettriche centralizzate può dare ai singoli individui e alle comunità locali un maggiore controllo, contribuendo a ridurre la possibilità che i prezzi dei combustibili fossili aumentino nei periodi in cui le scorte scarseggiano.
La produzione di energia decentralizzata con combustibili fossili migliora la resilienza in caso di guasti alla rete o disastri naturali, mentre la produzione di energia localizzata significa che strutture e servizi critici possono continuare a funzionare anche quando la rete centralizzata viene interrotta.
Conclusione
La ricerca in corso si concentra sull'identificazione e sullo sviluppo della tecnologia delle celle a combustibile per ridurre i costi ed espandere la durata di vita dei componenti dello stack di celle a combustibile come catalizzatori, membrane, piastre bipolari e gruppi membrana-elettrodo. I processi di produzione ad alto volume e i bassi costi renderanno inoltre le strutture delle celle a combustibile competitive in termini di costi rispetto alle tecnologie convenzionali.
Questi tipi di celle a combustibile migliorate contribuiscono sempre più ad alimentare le comunità e le industrie che necessitano di energia. Man mano che la tecnologia migliora, è probabile che la vedremo sfruttata in un numero ancora maggiore di settori della società.
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