I costi dell'energia pulita saranno uguali o inferiori ai combustibili fossili entro il 2020, mentre le fonti di energia rinnovabile soddisferanno il 40% della domanda globale di energia entro il 2040. Ma poiché l'energia rinnovabile dipende dal sole e dal vento, è ancora largamente inaffidabile. Perciò, la sfida è quella di sviluppare nuovi metodi per immagazzinare l'eccesso di energia rinnovabile in modo che possa essere utilizzato quando necessario.

Questo è l'obiettivo del progetto HYFORM-PEMFC realizzato da GRT Group, un'azienda che si concentra sulla transizione energetica con soluzioni di sviluppo per lo stoccaggio dell'energia, e il gruppo di ricerca del professor Gabor Laurenczy all'EPFL, che hanno sviluppato un nuovo, dispositivo integrato di cella a combustibile acido formico-idrogeno.

Il dispositivo HYFORM-PEMFC utilizza l'acido formico per immagazzinare idrogeno, e ha applicazioni domestiche e industriali. Rispetto ai dispositivi che utilizzano solo idrogeno, l'HYFORM-PEMFC è stato progettato per garantire notevoli benefici in termini di dimensioni (1 litro di acido formico trasporta 590 litri di idrogeno), facilità di trasporto, sicurezza, e ridurre i costi operativi pur essendo ecosostenibili.

I potenziali utenti dell'HYFORM-PEMFC includono quelli in aree con accesso limitato o nessun accesso alla rete elettrica, e coloro che sviluppano sistemi di trasporto dell'idrogeno. L'unità può fornire facilmente calore ed elettricità a uno chalet alpino e con un rifornimento ecologico. La tecnologia può anche essere scalata per soddisfare le esigenze di alimentazione di ambienti più grandi, come gli impianti industriali.

"Questa è una pietra miliare importante nel nostro piano strategico per lo sviluppo di applicazioni di accumulo di energia, " afferma Luca Dal Fabbro, CEO di GRT Group. "GRT Group vuole supportare la transizione verso una fornitura di energia completamente rinnovabile, e per affrontare così la sfida globale della riduzione delle emissioni di CO2".

Il prossimo passo per GRT Group è quello di sviluppare un completo, sistema integrato per lo stoccaggio di energia rinnovabile, per esempio. elettricità solare in eccesso prodotta durante l'estate, che può poi essere utilizzato per produrre elettricità e calore a richiesta in inverno, rendendo così gli edifici energeticamente autonomi. Questo progetto dimostrerà i vantaggi economici del concetto e il suo reale potenziale in un sistema integrato di accumulo di energia.

L'idrogeno è uno dei vettori energetici più promettenti tra le soluzioni di stoccaggio dell'energia rinnovabile. L'uso dell'idrogeno per produrre calore o elettricità non produce emissioni di carbonio o di particelle, il che significa che non ha alcun impatto ambientale negativo. Il problema è che l'idrogeno ha un contenuto energetico in volume molto basso. Ciò rende molto difficile lo stoccaggio e il trasporto nella sua forma naturale (gas), o che richiedono pressioni molto elevate, temperature molto basse, e costose infrastrutture, tutto ciò si traduce in problemi di sicurezza e di costi.

La soluzione alternativa è utilizzare un vettore di idrogeno come l'acido formico, che è la combinazione più semplice di idrogeno e CO2. L'acido formico è liquido in condizioni normali, facile da riporre, trasporto, e maneggiare, ed è prodotto da fonti sostenibili in centinaia di migliaia di tonnellate a livello globale:è già ampiamente utilizzato in agricoltura e industria.

La sfida, poi, sta recuperando l'idrogeno immagazzinato dall'acido formico in modo efficiente dal punto di vista energetico. È qui che entrano in gioco i catalizzatori. Si tratta di composti che facilitano l'estrazione dell'idrogeno dall'acido formico in modo che possa essere convertito in elettricità attraverso una cella a combustibile.

Il dispositivo è composto da due parti principali, un riformatore di idrogeno (HYFORM) e una cella a combustibile con membrana a scambio protonico (PEMFC). Il reformer HYFORM utilizza un catalizzatore a base di rutenio per estrarre idrogeno, sebbene gli scienziati stiano attualmente sviluppando catalizzatori basati su materiali ancora più economici.

L'unità HYFORM-PEMFC può produrre 7000 kWh all'anno, e la sua potenza nominale è di 800 Watt, circa l'equivalente di 200 smartphone che vengono ricaricati contemporaneamente. La sua efficienza elettrica è attualmente fino al 45 percento. Finché l'acido formico utilizzato è prodotto in modo sostenibile, la cella a combustibile è completamente ecologica e consente lo stoccaggio a lungo termine di energia rinnovabile. È calmo, emette gas pulito, ha un bilancio di anidride carbonica pari a zero, e non produce né particelle né ossidi di azoto.

Allo stesso tempo, l'HYFORM-PEMFC richiede poca manutenzione, non necessitando di trattamento con zolfo, e offre prestazioni del catalizzatore stabili e a lungo termine. La sua tecnologia è scalabile, quindi può essere utilizzato sia in ambito domestico che industriale. Poiché deve essere alimentato solo con acido formico, il sistema non necessita di allacciamento alla rete elettrica, che lo rende ideale per aree remote o inaccessibili.

"La trasformazione chimica della CO2, un gas serra, in prodotti utili diventa sempre più importante man mano che i suoi livelli di atmosfera continuano a salire a causa dell'attività umana, " dice Gabor Laurenczy. "Per questo motivo, produrre acido formico in modo sostenibile, utilizzando la CO2 come vettore di energia idrogeno, è molto importante. La domanda mondiale di acido formico è in crescita, soprattutto nel contesto delle energie rinnovabili. trasportatori di idrogeno, e la loro produzione da CO2, tramite idrogenazione o da rifiuti organici o biomasse, sono notevolmente più sostenibili delle rotte esistenti".