Riduzione dei costi nella produzione di idrogeno: come gli elettrolizzatori alcalini offrono una soluzione Introduzione

Con la transizione globale verso l'energia pulita, l'idrogeno verde, prodotto utilizzando elettricità rinnovabile, si è affermato come un elemento chiave nella decarbonizzazione di settori come i trasporti, la siderurgia e la chimica. Tuttavia, un importante ostacolo alla sua diffusione sono gli elevati costi di produzione. Tra le tecnologie di elettrolisi disponibili, gli elettrolizzatori alcalini (ALK) rappresentano una promettente soluzione per la riduzione dei costi.

In questo blog esploriamo:

Perché i costi di produzione dell’idrogeno devono diminuire

Come funzionano gli elettrolizzatori alcalini e i loro vantaggi in termini di costi

I recenti progressi rendono ALK più competitiva

Le prospettive future per l’idrogeno verde a prezzi accessibili

La sfida: costi elevati di Idrogeno verde

Attualmente, la maggior parte dell'idrogeno viene prodotto da combustibili fossili (idrogeno grigio), che è economico ma emette CO₂. L'idrogeno verde, prodotto tramite elettrolisi dell'acqua alimentata da fonti rinnovabili, è pulito ma costoso perché:

Costi elevati dell'elettricità (se non derivante da fonti rinnovabili in eccesso)

Spese in conto capitale per gli elettrolizzatori

Perdite di manutenzione e di efficienza

Per far sì che l'idrogeno verde possa competere, i costi degli elettrolizzatori devono ridursi significativamente, e gli elettrolizzatori alcalini sono in prima linea in questa tendenza.

Perché Elettrolizzatori alcalini (ALK)?

Gli elettrolizzatori alcalini sono una delle tecnologie di elettrolisi più antiche e consolidate. Rispetto ad alternative come PEM (membrana a scambio protonico) e SOEC (celle elettrolitiche a ossidi solidi), ALK offre:

1. Minori costi di capitale

Nessun materiale costoso: a differenza degli elettrolizzatori PEM, che richiedono platino e titanio, ALK utilizza elettrodi a base di nichel ed elettroliti alcalini liquidi (KOH o NaOH), riducendo i costi dei materiali.

Struttura più semplice: ALK funziona a pressioni e temperature più basse, evitando costosi componenti ad alte prestazioni.

2. Maggiore durata e resistenza

Affidabilità comprovata: con una corretta manutenzione, i sistemi ALK superano spesso le 60.000–100.000 ore di funzionamento.

Minore sensibilità alle impurità: a differenza del PEM, l'ALK tollera meglio le variazioni della qualità dell'acqua, riducendo i costi di pretrattamento.

3. Scalabilità per uso industriale

Produzione di idrogeno su larga scala: i sistemi ALK sono già utilizzati negli impianti di ammoniaca e nelle raffinerie, traendo vantaggio dalle economie di scala.

Compatibilità con le energie rinnovabili intermittenti: mentre il PEM risponde più rapidamente alla potenza variabile, i nuovi progetti ALK migliorano la flessibilità.

Le recenti innovazioni riducono i costi

Sebbene ALK sia tradizionalmente rimasta indietro rispetto a PEM in termini di efficienza, i recenti progressi stanno colmando il divario:

1. Materiali avanzati per elettrodi

I catalizzatori al nichel nanostrutturati migliorano l'efficienza, riducendo il consumo energetico.

Le tecnologie di rivestimento aumentano la durata, riducendo i costi di sostituzione.

2. Funzionamento dinamico per l'integrazione delle energie rinnovabili

I nuovi modelli ALK consentono un rapido adattamento del carico, rendendoli più adatti alle fluttuazioni dell'energia eolica e solare.

3. Aumento della produzione

La produzione in serie di pile ALK riduce i costi unitari.

4. Sistemi ibridi (ALK + PEM)

Alcuni progetti combinano i bassi costi di ALK con la reattività di PEM, ottimizzando le prestazioni.

Il futuro: ALK riuscirà a rendere accessibile l'idrogeno verde?

Grazie alla continua ricerca e sviluppo e al continuo sviluppo su larga scala, gli elettrolizzatori alcalini potrebbero contribuire a ridurre il costo dell'idrogeno verde, rendendolo competitivo con l'idrogeno fossile. I passaggi chiave includono:

✔ Ulteriori miglioramenti dell'efficienza (targeting <45 kWh/kg H₂)

✔ Produzione automatizzata per ridurre i costi di produzione

✔ Integrazione con energia rinnovabile a basso costo (ad esempio, energia solare/eolica in eccesso)

Sebbene gli elettrolizzatori PEM siano spesso al centro dell'attenzione per la loro elevata efficienza e flessibilità, gli elettrolizzatori alcalini rimangono un cavallo di battaglia conveniente per la produzione di idrogeno verde su larga scala. Grazie alle continue innovazioni, ALK potrebbe svolgere un ruolo cruciale nel rendere l'idrogeno pulito accessibile, accelerando la transizione verso un futuro energetico a zero emissioni.