Cogenerazione con celle a combustibile

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La tecnologia della cogenerazione tramite celle a combustibile si basa su un dispositivo elettromeccanico che converte l’energia chimica del combustibile in elettricità, senza stadi intermedi di combustione e produzione di lavoro meccanico. Per combustibile in questo caso si intende idrogeno, il che rende lo sviluppo della tecnologia di cogenerazione con celle a combustibile molto legato alla tecnologia dell’idrogeno.

L’attenzione che stanno attirando le celle a combustibile, una tecnologia che si trova ancora nella fase pre-commerciale, è una conseguenza dell’interesse crescente attorno alla cogenerazione (produzione combinata di energia elettrica e termica),  che secondo le stime del Politecnico di Milano (Energy Efficiency Report) è uno degli ambiti a cui è associato il maggior potenziale di risparmio energetico e di mercato nel settore industriale (assieme all’illuminazione) e nel terziario (assieme alle pompe di calore). Parliamo di Italia.

La cogenerazione celle a combustibile nella fase di sviluppo in cui si trova presenta vantaggi e svantaggi. Tra i primi ci sono le ridotte emissioni inquinanti, l’alto rendimento complessivo (70-90%) anche per impianti di piccola taglia, la silenziosità e l’assenza di vibrazioni del dispositivo. Tra gli svantaggi: il fatto che si tratti di una tecnologia ancora pre-commerciale, i costi d’investimento elevati e la vita utile piuttosto corta.

In Italia a tutto il 2013 non esistono ancora impianti di cogenerazione tramite celle a combustibile. Le prime applicazioni sono state fatte in Giappone (installazione di oltre 1000 celle combustibili per uso residenziale), in Danimarca (in un sistema di back-up a fronte dell’elevata produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili non prevedibili, soprattutto eolico) e in Germania (installazioni a Monaco a Amburgo di circa 1.000 impianti residenziali).

Attualmente sono disponibili tre tecnologie di cogenerazione a celle a combustibile. La prima si chiama PEM e consiste in una membrana a scambio protonico che può arrivare fino a 20 kW. La seconda si chiama FC, si basa sull’ossido solido e arriva fino a centinaia di kW. La terza è la MCFC basata sui carbonati fusi con produzione fino ad alcuni MW.

Le basse emissioni dei dispositivi elettromeccanici di cogenerazione con celle a combustibile dipendono dal fatto che il prodotto di scarto della reazione chimica tra il combustibile idrogeno e il comburente ossigeno è semplicemente vapore acqueo. Quest’ultimo può essere riutilizzato per soddisfare la domanda termica generando calore.

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Pubblicato da Michele Ciceri il 4 gennaio 2014