In Danimarca si produrrà tutta l’energia delle abitazioni con le fuel cell

Le fuel cell a ossidi solidi (SOFC) utilizzano come elettrolita un materiale allo stato solido e sono, per questo,molto più stabili delle celle a carbonati fusi, in quanto non vi sono problemi di perdita che invece potrebbero presentarsi con un elettrolita liquido.
La SOFC è un semplice sistema a due fasi gas-solido, pertanto non presenta problemi relativi alla gestione dell’acqua prodotta dalla reazione, al flooding (“allagamento”) dello strato catalizzatore e alla cinetica troppo lenta (la riduzione dell’ossigeno non richiede l’uso di catalizzatori grazie alla presenza di elevate temperature). Nonostante ciò, è difficile trovare materiali appropriati, caratterizzati da stabilità termica e chimica, proprietà indispensabili per operare alle alte temperature di lavoro caratteristiche di questa cella (1000°C).

Queste fuel cell hanno il vantaggio di produrre energia con un’efficienza molto alta e quindi con meno emissioni di carbonio per ogni kWh prodotto. Come per le celle a carbonati fusi, le celle ad ossidi solidi essendo tolleranti alle impurità, consentono il reforming interno del combustibile.
Sono stati sviluppati diversi modelli di celle a ossidi solidi: i più semplici sono quelli di geometria planare e tubolare; piatti monolitici e a single-chamber sono in fase di studio per applicazioni nelle SOFC. La notevole disponibilità di calore può essere impiegata per generare energia elettrica supplementare attraverso turbine a vapore, dove possono essere raggiunti rendimenti globali del 60%.

In base alla struttura è possibile suddividere le SOFC in due tipi differenti : a “substrate-supported” e a “self-supporting”. Nel primo caso è presente un substrato che sostiene elettrodo ed elettrolita fornendo alla cella e allo stack la necessaria stabilità meccanica. Nel secondo caso l’anodo e il catodo vengono usati come struttura di supporto per gli altri componenti della cella e, pertanto, non viene usato alcun substrato.
La geometria tubolare è senza dubbio il miglior modello conosciuto. Di esso si possono distinguere due sistemi: quello in cui il flusso del gas è parallelo all’asse di un tubo e quello in cui è perpendicolare. Tali celle presentano difficoltà per le dimensioni massime dei componenti ceramici e per i contatti elettrici.
Il modello planare è molto efficiente e più conveniente di quello tubolare ma comunque presenta il problema di trovare buoni materiali di interconnessione.
La cella monolitica planare combina i vantaggi sia della configurazione planare che di quella tubolare. Il corpo di appoggio è costituito da un catodo e da un materiale di interconnessione ed è modellato in modo da formare una lunga struttura planare. Su questa viene spruzzato l’elettrolita che, coprendo completamente il catodo, dà origine ad una sottile pellicola su cui viene, poi, costruito l’anodo. La sottile struttura planare abbrevia i percorsi della corrente, come per tutti gli altri modelli planari, rendendo i contatti elettrici più efficaci ed inoltre è più semplice la realizzazione di uno stack. Il gas ossidante è isolato nella parte interna dal materiale di interconnessione così non occorre una struttura extra-sigillata, mentre il combustibile è fornito dall’esterno.
Ora, grazie al lavoro coordinato tra Risø DTU, Fuel Cell Topsoe e la società Dantherm Power, la Danimarca punta con decisione ad un progetto che vede le SOFC future protagoniste del fabbisogno domestico. L’obiettivo è vendere “micro” impianti a base di celle a combustibili solidi (la grandezza è pressappoco quella di un frigorifero di taglia maxi) come centrali ecocompatibili per le abitazioni private.
Il progetto è ancora nella sua fase prototipale. “Al momento, stiamo sviluppando impianti compatti di micro cogenerazione, simili alle convenzionali caldaie a gas. C‘è di nuovo che queste micro centrali producono tutta l’energia di cui la casa ha bisogno”, spiega Jesper Themsen, direttore tecnico di Dantherm Power. Le installazioni saranno dotate di una capacità di 1 kW elettrico e di 1 kW termico e saranno alimentate da gas naturale. Si spera che entro il 2015 molte delle famiglie danesi potranno dotarsi di micro impianti di cogenerazione a base di SOFC, con dimensioni non maggiori di una lavastoviglie. I carburanti inizialmente usati saranno gas naturale e metanolo, per poi passare anche ai biocarburanti.

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