Nel panorama delle energie rinnovabili, l'idrogeno verde rappresenta una delle soluzioni più promettenti per la decarbonizzazione dei settori industriali difficilmente elettrificabili, come la siderurgia, la produzione di ammoniaca e quella di metanolo. Tuttavia, la sua produzione su scala industriale si scontra con due ostacoli concreti e interconnessi: i costi ancora elevati rispetto all'idrogeno di origine fossile e la dipendenza da materiali chimici persistenti, noti come PFAS (sostanze perfluoroalchiliche), già nel mirino della regolamentazione europea per i loro rischi ambientali e sanitari. È in questo contesto che si inserisce il progetto SUPREME, finanziato dall'Unione Europea attraverso la Clean Energy Transition Partnership (CETPartnership, nell'ambito del bando congiunto 2024, accordo di finanziamento n°101069750), con l'obiettivo di ripensare dall'interno la tecnologia di elettrolisi a membrana a scambio protonico.
L'elettrolisi PEM (Proton Exchange Membrane) è oggi considerata tra le tecnologie più adatte alla produzione di idrogeno verde, soprattutto perché risponde con efficacia alla variabilità dell'energia elettrica generata da fonti eoliche e solari: quando la produzione supera la domanda, l'elettrolizzatore può convertire l'eccesso in idrogeno da stoccare. Il problema è che questi sistemi sono ancora significativamente più costosi rispetto ai processi di reforming del gas naturale che producono il cosiddetto idrogeno grigio, e che impiegano membrane polimeriche a base di PFAS, la cui messa al bando è già in corso a livello europeo.
Il progetto SUPREME, coordinato dall'Università della Danimarca del Sud e sviluppato nell'arco di tre anni in collaborazione con la Graz University of Technology (TU Graz), il Consiglio turco per la scienza e la tecnologia TÜBITAK, il Fraunhofer ISE tedesco, l'azienda britannica Ceimig e la società norvegese Element One Energy AS (EoneE), si propone di affrontare simultaneamente entrambe le criticità. L'approccio è sistemico: non si tratta di ottimizzare un singolo componente, ma di riprogettare l'intera catena tecnologica dell'elettrolisi.
Merit Bodner, ricercatrice dell'Istituto di Ingegneria Chimica e Tecnologia Ambientale di TU Graz, inquadra con precisione la posta in gioco: "L'idrogeno è già oggi utilizzato come materia prima in quantità enormi, e la domanda continuerà a crescere. Se riuscissimo a eliminare le sostanze nocive dalla sua produzione verde e ad avvicinarne il costo a quello dell'idrogeno fossile, avremmo compiuto un passo decisivo verso la transizione energetica, rendendo l'idrogeno verde interessante anche per lo stoccaggio dell'energia in eccesso dalle rinnovabili."
Sul fronte dei materiali, TU Graz guida la valutazione comparativa di alternative ai PFAS già disponibili in commercio, analizzandone le prestazioni rispetto agli standard industriali correnti. La domanda scientifica centrale è se questi materiali più sostenibili possano garantire la stessa durabilità e la stessa efficienza di conversione richiesta in un contesto di uso industriale continuo. Parallelamente, TÜBITAK si occupa dello sviluppo di una nuova generazione di membrane microporose prive di PFAS, progettate specificamente per i futuri sistemi di elettrolisi.
Un altro nodo critico riguarda l'iridio, un metallo del gruppo del platino indispensabile nei catalizzatori anodici dei sistemi PEM, ma estremamente raro e costoso. L'Università della Danimarca del Sud e Ceimig stanno lavorando a strategie che potrebbero ridurne l'impiego fino al 75% rispetto ai sistemi attuali, affiancando a questo obiettivo lo sviluppo di processi di riciclo in grado di recuperare circa il 90% dell'iridio ancora necessario. Si tratta di target ambiziosi, la cui fattibilità dovrà essere dimostrata sperimentalmente nel corso del progetto.
Il Fraunhofer ISE di Friburgo, uno dei principali istituti europei per la ricerca sull'energia, è responsabile della produzione delle unità elettrodo-membrana, il cuore funzionale di ogni cella elettrolitica. Nel frattempo, EoneE sta progettando un elettrolizzatore rotante di nuova concezione, una configurazione che potrebbe migliorare le prestazioni fluidodinamiche del sistema e aumentare l'efficienza complessiva della conversione energetica.
Le sfide aperte restano considerevoli: la scalabilità industriale delle membrane PFAS-free, la stabilità a lungo termine dei catalizzatori a basso contenuto di iridio e la validazione delle prestazioni in condizioni operative reali sono tutti aspetti che richiederanno verifiche sperimentali rigorose. I risultati del progetto SUPREME potrebbero tuttavia fornire una base tecnica solida per una nuova generazione di elettrolizzatori PEM capaci di coniugare sostenibilità chimica, competitività economica e compatibilità con le infrastrutture energetiche rinnovabili europee, aprendo la strada a un idrogeno verde che sia tale non solo nel nome, ma nell'intera catena produttiva.
