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Celle a combustibile diesel economiche
Un'azienda norvegese sta sviluppando generatori diesel silenziosi basati su un nuovo tipo di cella a combustibile. Sistemi di alimentazione nordici , che sta producendo i generatori per l'esercito di quel paese, ha testato con successo una cella a combustibile ad acido solido da 250 watt sviluppata da SAFCell , uno spin-off di Caltech. Le aziende stanno ora lavorando su un sistema da 1,2 kilowatt.
Centrali elettriche: Questi due prototipi di pile a combustibile di SAFCell generano elettricità dall'idrogeno, anche se derivato dal carburante diesel ed è contaminato fino al 20% di monossido di carbonio. Entrambi sono costituiti da 10 celle a combustibile collegate. Quello piccolo, che misura tre pollici di diametro, genera 30 watt e quello più grande 200 watt.
Le celle a combustibile ad acido solido sono ancora in una fase iniziale di sviluppo. Ma SAFCell afferma che sono più semplici delle celle a combustibile convenzionali e che i componenti chiave (come l'elettrolita) possono essere realizzati con materiali relativamente economici. I ricercatori che sviluppano la tecnologia pensano che potrebbe essere abbastanza economica da sostituire le turbine utilizzate nelle centrali elettriche ad alta efficienza. (L'alto costo delle celle a combustibile esistenti le limita ad applicazioni di nicchia, come l'alimentazione di backup.)
I nuovi generatori funzionano producendo gas idrogeno dal diesel in un processo chiamato reforming (il carburante viene riscaldato, ma non bruciato, e miscelato con aria e vapore). L'idrogeno viene quindi immesso nella cella a combustibile per produrre elettricità. A differenza delle celle a combustibile che sono state testate nelle auto, le nuove possono tollerare le impurità, come il monossido di carbonio, che sono presenti nell'idrogeno prodotto dal diesel. Nella produzione su larga scala, le nuove celle a combustibile potrebbero anche essere significativamente più economiche delle celle a combustibile ad ossido solido ad alta temperatura, come quelle vendute da Energia di fioritura , perché funzionano a temperature più basse e quindi non richiedono materiali costosi tolleranti al calore, afferma Calum Chisolm, CEO di SAFCell.
Le celle a combustibile ad acido solido sono state dimostrate per la prima volta in laboratorio 10 anni fa. Sono basati su acidi solidi che sono bravi a condurre ioni idrogeno, o protoni, una classe di sostanze chimiche che sono state scoperte negli anni '80, ma si pensava che non fossero pratiche per le celle a combustibile perché si dissolvono nell'acqua, che viene prodotta quando le celle a combustibile combinare idrogeno e ossigeno. Sossina Haile, professore di scienza dei materiali e ingegneria chimica al Caltech, e i suoi colleghi hanno trovato un modo semplice per aggirare questo problema: far funzionare le celle a combustibile a temperature abbastanza alte da trasformare l'acqua in vapore, che non dissolve gli acidi solidi.
Le celle a combustibile risultanti combinavano i vantaggi di due tipi principali di celle a combustibile: celle a combustibile a membrana polimerica-elettrolita e celle ad ossido solido. Le celle a combustibile a membrana polimerica-elettrolita, del tipo GM e altre case automobilistiche utilizzano nei loro prototipi di veicoli a celle a combustibile, sono convenienti perché funzionano a basse temperature. Ma a queste basse temperature, il monossido di carbonio può accumularsi sui catalizzatori e impedire loro di svolgere il proprio lavoro. Ciò richiede loro di utilizzare idrogeno purificato, che non è ampiamente disponibile. Le nuove celle a combustibile solido-acido possono funzionare a temperature più elevate (250 °C invece di 90 °C) alle quali il monossido di carbonio non è un problema, quindi possono funzionare con idrogeno prodotto sul posto da gas naturale e anche combustibili relativamente sporchi come il diesel, che è molto più facilmente disponibile dell'idrogeno.
Nella loro capacità di utilizzare una gamma di combustibili, le nuove celle a combustibile sono come quelle ad ossido solido. Ma questi ultimi funzionano tipicamente ad alte temperature, da 800 °C a 1.000 °C, e richiedono materiali costosi. Si prevede che le nuove celle a combustibile, una volta in produzione commerciale, costeranno circa quanto le celle a combustibile ad ossido solido vendute da Bloom Energy, afferma Chisolm, ma i costi potrebbero scendere rapidamente a circa un decimo del costo della tecnologia Bloom come l'azienda sviluppa e implementa una serie di misure di riduzione dei costi. A quel punto, le celle a combustibile sarebbero abbastanza economiche da essere competitive con le turbine ad alta efficienza utilizzate nelle centrali elettriche.
Una sfida chiave è ridurre la quantità di catalizzatore al platino utilizzato, afferma Robert Savinell , professore di ingegneria chimica alla Case Western Reserve University. Haile e i ricercatori di SAFCell hanno già identificato un catalizzatore platino-palladio e metodi di deposizione del catalizzatore che riducono la quantità di platino richiesta e aumentano la potenza, ma la quantità di platino deve essere ridotta ulteriormente. Stanno sviluppando nuovi catalizzatori che sfruttano il fatto che il sistema funziona a temperature relativamente basse.
Un'altra opzione è riciclare il platino, un processo relativamente semplice a causa della composizione chimica delle celle a combustibile, afferma Chisolm. Ciò, combinato con un buon piano di finanziamento, potrebbe consentire alle celle a combustibile di raggiungere il traguardo di $ 1.000 per kilowatt ampiamente considerato come il punto in cui le celle a combustibile vedranno l'adozione di massa, afferma.