Un chilogrammo di idrogeno contiene 39,4 kWh di energia, ma in genere costa circa 52,5 kWh di energia da creare tramite gli attuali elettrolizzatori commerciali. La società australiana Hysata afferma che la sua nuova cella elettrolizzatore alimentata a capillarità, riduce il costo dell'energia a 41,5 kWh, battendo i record di efficienza e allo stesso tempo essendo più economico da installare e gestire. La società promette idrogeno verde a circa 1,50 dollari per chilogrammo in pochi anni.
L'efficienza è uno dei grandi problemi dell'idrogeno mentre ci muoviamo verso un futuro di energia pulita. Può immagazzinare molta più energia per peso o volume rispetto alle batterie e supporta il rifornimento rapido. Ma se le batterie sono un modo altamente efficiente per immagazzinare e rilasciare energia, l'idrogeno sembra buttare via energia ad ogni passo: elettrolisi, stoccaggio e trasporto, conversione in elettricità attraverso una cella a combustibile ... Tende anche a fuoriuscire lentamente da un serbatoio di metallo.
Se la nuova tecnologia elettrolizzatore di Hysata farà ciò che l'azienda afferma, l'efficienza della fase di elettrolisi farà un grande balzo in avanti, facendo un uso molto migliore della preziosa energia pulita e generando più idrogeno rispetto all'energia consumata per produrlo. Questa apparecchiatura potrebbe effettivamente far scendere il prezzo dell'H2 verde, forse fino al punto di farlo divenire competitivo con l'idrogeno sporco o persino con i combustibili fossili.
Quindi come funziona? Secondo Hysata, è tutta una questione di bolle. Le bolle nel fluido elettrolitico non sono conduttive e possono attaccarsi agli elettrodi e mascherarle isolandole dal contatto con i fluidi che servirebbe invece per produrre idrogeno. Questo è chiaramente un problema, dal momento che gli elettrolizzatori convertono l'acqua in gas H2 e O2.
Nel modo in cui Hysata lo racconta, i primi elettrolizzatori avevano entrambi gli elettrodi immersi nell'elettrolita, in modo tale che si formavano bolle tutt'intorno a loro. Negli anni '70, l'elettrolisi zero-gap portò l'anodo e il catodo direttamente a contatto con la membrana del separatore, aumentando l'efficienza e limitando la formazione di bolle solo su un lato di ciascun elettrodo. Più di recente, la tecnologia della membrana elettrolitica polimerica ha permesso al lato catodico di funzionare senza elettrolita.
La cella elettrolizzatore, che utilizza l'azione capillare, di Hysata è costituita da un serbatoio nella parte inferiore della cella che mantiene l'elettrolita fuori dal contatto sia con l'anodo che con il catodo fino a quando non viene aspirato attraverso un separatore poroso, idrofilo, inter-elettrodo che utilizza l'azione capillare. L'elettrolita ha quindi un contatto diretto con gli elettrodi, ma solo da un lato, e sia il gas idrogeno che l'ossigeno vengono prodotti direttamente, senza alcun gorgogliamento intralciante.
La resistenza è ulteriormente ridotta grazie al fatto che non c'è acqua che viene aspirata sul lato dell'elettrodo che rilascia gas, quindi i due non si intralciano a vicenda, poiché l'acqua viene elettrolizzata fuori dal separatore. In un articolo peer-reviewed pubblicato su Nature Communications, il team di Hysata afferma che la sua cella elettrolizzatore ad azione capillare ha dimostrato un'efficienza record del 98%, di gran lunga migliore di un "elettrolizzatore d'acqua commerciale all'avanguardia" che ha mostrato un'efficienza della cella dell'83%. Il crossover del gas è estremamente basso, questo è fondamentale poiché alle giuste temperature e concentrazioni, una miscela idrogeno-aria può essere esplosiva.
La società afferma che questa tecnologia riduce anche le spese estranee al di fuori della cella. Non c'è bisogno di circolazione di liquidi, serbatoi separatori gas-liquido, tubazioni, pompe e raccordi. Questo ingranaggio può essere raffreddato ad aria o radiativamente auto-raffreddato, riducendo ulteriormente i costi di capitale e operativi, e se l'altezza massima limitata alla gravità dell'azione capillare si rivela un fattore limitante, Hysata afferma che è possibile semplicemente mettere il serbatoio in cima e far scorrere l'elettrolita lungo il separatore.
Tutti questi fattori aiutano a ridurre il consumo energetico al di fuori della cella dell'elettrolizzatore, mettendo un divario ancora maggiore tra questa tecnologia e le altre quando si guarda all'efficienza complessiva del sistema.
"Il sistema elettrolizzatore complessivo di Hysata è stato progettato per facilitare la produzione, il ridimensionamento e l'installazione, offrendo un'efficienza complessiva del sistema del 95%, equivalente a 41,5 kWh / kg, rispetto al 75% o meno per le tecnologie di elettrolizzatori esistenti", ha dichiarato il CTO della società Gerry Swiegers in un comunicato stampa.
Il CEO di Hysata Paul Barrett afferma che la società prevede di commercializzare la tecnologia e di raggiungere "la capacità di produzione di idrogeno su scala gigawatt entro il 2025", a quel punto ritiene che dovrebbero essere possibili 1,50 dollari per chilogrammo di idrogeno. Sono in corso piani per costruire un impianto pilota di produzione di elettrolizzatori e la società sta assumendo molto personale nel 2022 come parte del processo.
Si prevede che la produzione di idrogeno salirà alle stelle nei prossimi anni. Quindi c'è sicuramente una corsa all'oro, e molti si aspettano una stretta sulla produzione di elettrolizzatori mentre i produttori corrono per far funzionare le loro strutture. In tali circostanze, un elettrolizzatore più economico e super-efficiente sarà sicuramente molto richiesto, quindi Hysata potrebbe avere un prodotto tra le mani che gli darà la possibilità di dare un contributo impressionante alla lotta contro il cambiamento climatico.
Naturalmente, c'è molta strada da fare tra le innovazioni annunciate e un enorme successo commerciale, ma Hysata è ottimista considerando i potenziali vantaggi che questa tecnologia promette di avere.
