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Fatti interessanti sulle celle a combustibile

I sistemi a celle a combustibile generano energia elettrica da idrogeno e ossigeno. Vengono utilizzati sia in modalità fissa che mobile per l'alimentazione elettrica indipendente dalla rete di diverse utenze elettriche. Nel settore privato, le celle a combustibile sono interessanti per l'utilizzo di dispositivi elettrici in viaggio, ad esempio in camper, barche, case da giardino o campeggi.

La cella a combustibile è considerata una tecnologia del futuro. Altri settori di impiego includono impianti di riscaldamento e attuatori per veicoli, navi, aerei e missili spaziali.

  • Come funzionano le celle a combustibile?

  • A cosa servono le celle a combustibile?

  • Quali celle a combustibile sono disponibili nel negozio Conrad?

  • Progresso tecnologico: Il futuro appartiene alle celle a combustibile!

 

Come funzionano le celle a combustibile?

Le celle a combustibile generano energia elettrica da idrogeno. Non richiedono manutenzione e sono utilizzabili tutto l'anno.
A differenza di batterie e accumulatori, le celle a combustibile non sono accumulatori di energia, ma convertitori di energia. Ciò significa che non generano corrente elettrica in loco fino a quando non è necessario. In questo modo raggiungono un elevato grado di efficienza.

Le celle a combustibile sono una forma di produzione di energia innovativa ed efficiente, in quanto possono generare energia indipendentemente dal luogo. Grazie alla produzione in loco si eliminano le perdite di efficienza che si registrano per batterie e accumulatori a causa della doppia conversione di energia elettrica a chimica e viceversa. Inoltre, l'utilizzo di celle a combustibile elimina le perdite di energia grazie alla memorizzazione prolungata e all'autoscarica delle celle della batteria.

Infine, le celle a combustibile sono a basso impatto ambientale. La conversione di idrogeno e ossigeno in energia elettrica avviene senza emissioni. Come prodotti residui, la cella a combustibile a idrogeno genera solo acqua e calore. Il processo di conversione chimica è una combustione a freddo. Questo ridotto sviluppo di calore è interessante per molti settori di applicazione per motivi di sicurezza.

La costruzione di una cella a combustibile è relativamente semplice:

  • Due elettrodi, l'anodo e il catodo, sono separati l'uno dall'altro da una membrana (elettrolita).
  • Da un lato, entra l'idrogeno, dall'altro l'ossigeno.
  • L'idrogeno è composto da due elettroni e due protoni come elemento chimico. Questi vengono separati e nella cella a combustibile si possono percorrere diversi percorsi:
    • I protoni penetrano attraverso la membrana direttamente sul lato con l'ossigeno in ingresso.
    • Gli elettroni prendono il passaggio attraverso il circuito collegato. In questo modo la corrente scorre e la cella a combustibile fornisce energia elettrica ai consumatori elettrici (ad esempio, la lampadina nella figura 1).
    • Quando gli elettroni arrivano ai protoni sul lato dell'ossigeno, i protoni dell'idrogeno insieme agli elettroni e all'ossigeno creano acqua non pericolosa.

Informazioni: l'equazione chimica totale per le reazioni nella cella di combustione originale a idrogeno* è:

2 H2 + O2 -> 2 H2O

* per diversi tipi di celle a combustibile, l'equazione di base è in parte leggermente modificata dagli additivi. Per una cella a combustibile metanolo diretta, ad esempio, l'equazione è 2 CH3OH + 3 O2 -> 4 H2O + 2 CO2, quindi si produce un po' di anidride carbonica.
La tensione nel circuito è di circa 1,2 volt per una cella a combustibile idrogeno-ossigeno pura. Grazie al collegamento in serie delle celle è possibile generare tensioni maggiori. A tale scopo, le celle a combustibile sono "impilate". La potente formazione composta da più celle a combustibile collegate in serie si chiama stack. Lo stack proviene dall'inglese e significa pila o catasta.

Conoscenze pratiche:

Uno stack di celle a combustibile è composto da diverse singole celle a combustibile, che insieme possono fornire più potenza elettrica e consentire una tensione elettrica più elevata. Si parla spesso di una cella a combustibile, ma si pensa in realtà a un'unità funzionale composta da più piccoli trasformatori di energia.

 

A cosa servono le celle a combustibile?

Per gli utenti privati sono attualmente disponibili celle a combustibile con una tensione nominale di 12 o 24 V. ciò è sufficiente per ricaricare una batteria per auto o per fornire direttamente ai consumatori elettronici a bordo di un camper, di una barca e in altri luoghi di utilizzo mobile.
Suggerimento: anche nelle piccole comunità di piccole dimensioni, le celle a combustibile offrono un buon servizio, poiché sono utilizzabili tutto l'anno e consentono di superare eventuali interruzioni di corrente generale durante i mesi invernali.

 

Quali celle a combustibile sono disponibili nel negozio Conrad?

Nel nostro negozio troverete celle a combustibile a membrana e celle a combustibile a metanolo diretto.
Oggi le celle a combustibile disponibili per il funzionamento mobile generano corrente elettrica per i consumatori con una piccola tensione compresa tra 12 e 24 V. ad esempio, è possibile caricare telefoni cellulari e computer portatili con una cella a combustibile, utilizzare televisori e radio o alimentare una lampada a riflettore. Sia i valori della tensione di corrente che la potenza elettrica dei dispositivi collegati devono essere compatibili con i parametri elettrici della cella a combustibile. Questa potenza è attualmente di circa 40 - 380 watt per le celle a combustibile per il campo di bassa tensione, il che le rende utili per una vasta gamma di applicazioni elettriche, alla luce della tendenza di aggiungere piccoli dispositivi a risparmio energetico.
A proposito: La quantità di carica della cella a combustibile è indicata in amperora (Ah). La capacità di carica al giorno può essere convertita in corrente disponibile in base al rapporto 24.

Celle a combustibile a membrana (PEMFC = Proton Exchange membrana Fuel Cell)

Le celle a combustibile a membrana generano energia elettrica a CO2 neutro. Durante il funzionamento, queste celle a combustibile sono molto silenziose rispetto agli impianti diesel e a generatori simili per la produzione di energia elettrica indipendente dal luogo.
Per il funzionamento di una cella a combustibile a membrana è necessario solo un flacone di idrogeno.
La cella a combustibile a idrogeno può essere integrata nei sistemi energetici esistenti. Grazie al collegamento opzionale di accumulatori al piombo, come ad esempio una batteria del veicolo, avrete la possibilità di immagazzinare l'energia elettrica generata dalla cella a combustibile per un utilizzo successivo.

Figura: Schema funzionale di una cella a combustibile a membrana (PEMFC)

Celle a combustibile a metanolo diretto (DMFC = Direct metanolo Fuel Cell)

Le celle a combustibile a metanolo diretto convertono metanolo e ossigeno nei prodotti di uscita acqua e anidride carbonica durante la produzione di energia elettrica. L'equazione chimica per la reazione nella cella a combustibile a metanolo diretto è:

2 CH3OH + 3 O2 -> 4 H2O + 2 CO2

La percentuale di CO2 prodotta non è particolarmente elevata, ma gli ambienti devono essere ventilati più spesso quando funziona la cella a combustibile a metanolo. Anche queste celle a combustibile sono silenziose durante il funzionamento e salvaspazio.

Per il funzionamento di una cella a combustibile a metanolo diretto è necessario metanolo e occasionalmente un po' di liquido di servizio.
Nota: Il metanolo necessario non può essere spedito online. Tuttavia, è facilmente reperibile in loco. Il metanolo non può essere spedito.

Celle a combustibile

Figura: Schema funzionale di una cella a combustibile a metanolo

 

Progresso tecnologico: Il futuro appartiene alle celle a combustibile!

I vantaggi della cella a combustibile sono:

  • Semplice montaggio
  • Funzionamento silenzioso e privo di emissioni
  • Capacità di conversione dell'energia elettrica generata per la ricarica di batterie ricaricabili
  • Possibilità di utilizzo in qualsiasi luogo.

Questi vantaggi fanno sì che in futuro questa tecnologia si imponga rispetto alle forme tradizionali di generazione di energia elettrica e in particolare anche nelle applicazioni di mobilità.

Oltre alla cella a combustibile a membrana (PEMFC = Proton Exchange membrana Fuel Cell) e alla cella a combustibile a metanolo diretta (DMFC = Direct metanolo Fuel Cell) sono disponibili altri tipi di celle a combustibile:

  • Cella a combustibile a ossido solido (SOFC = cella a combustibile a ossido solido)
  • Cella a combustibile alcalina (AFC = alcalina Fuel Cell)
  • Cella a combustibile con acido fosforico (PAFC = Phosphorus Acid Fuel Cell)
  • Cella a combustibile per carbonati fusi (MCFC = Cellula carbonati Molten)

In alcune di queste celle a combustibile le reazioni chimiche sono collegate ad alte temperature.

I campi di applicazione già sperimentati sono:

  • Auto ibrida con azionamento a celle a combustibile
  • Energie rinnovabili sotto forma di moduli solari e riscaldatori a celle a combustibile con recupero di calore
  • Azionamenti di tutti i tipi, per veicoli a terra, navi, aerei e, tra l'altro, anche per razzi spaziali

Oggi si tratta di prodotti di nicchia, ma la tendenza per le celle a combustibile è in espansione.

Le carenze che (ancora oggi) ostacolano la diffusione della tecnologia delle celle a combustibile:

  • Per un'applicazione su larga scala, si dovrebbero trovare i modi per produrre idrogeno in grandi quantità. Alcuni interessanti approcci esistono già, che in parte lavorano con energie recuperate da altre tecniche di azionamento.
  • Le celle a combustibile di oggi sono ancora troppo costose per il mercato di massa, rispetto ad esempio alle batterie agli ioni di litio.

In generale, sono necessarie ancora alcune ricerche in questo campo. Tuttavia, questa tecnologia è chiaramente all'avanguardia in termini di impronta ecologica e di rispetto dell'ambiente. Vale quindi la pena di seguire con attenzione l'interessante questione delle celle a combustibile e il loro continuo sviluppo.

 
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