Energia rinnovabile: i reattori solari che producono idrogeno

E’ stato realizzato il primo sistema di produzione di idrogeno solare su scala di kilowatt che utilizza un dispositivo fotoelettrochimico integrato termicamente con concentratore luminoso. Andiamo a scoprire di cosa si tratta.

Sono stati fatti passi in avanti per la produzione di combustibili sintetici da acqua e sole

Idrogeno verde: come si ottiene dall’energia solare?

Ottenere una produzione diretta di idrogeno dall’energia solare, senza passare per la rete elettrica, è uno dei grandi obiettivi della ricerca moderna. E nonostante in questi anni i dispositivi fotoelettrochimici abbiano dimostrato prestazioni in crescita, i migliori risultati sono sempre stati su scala di laboratorio.

L’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ha costruito e testato un efficiente sistema integrato per la produzione del vettore su scala di kilowatt. Per la precisione, gli scienziati hanno realizzato un reattore solare che utilizza la luce concentrata per generare idrogeno verde e ossigeno direttamente dall’acqua.

Sophia Haussener, responsabile del Laboratorio LRESE della Scuola di Ingegneria, ha spiegato:

“Si tratta della prima dimostrazione a livello di sistema della generazione di idrogeno solare. A differenza delle tipiche dimostrazioni su scala di laboratorio, include tutti i dispositivi e i componenti ausiliari, quindi ci dà un’idea migliore dell’efficienza energetica che ci si può aspettare una volta considerato il sistema completo, e non solo il dispositivo stesso”.

Il reattore dell’EPFL si fa notare anche per i suoi “rifiuti”. Il processo genera inevitabilmente calore, catturandolo per un secondo utilizzo al pari dell’ossigeno.

Reattore solare EPFL: come funziona?

Il sistema è costituito da una grande parabola riflettente che concentra la luce solare sul reattore fotoelettrochimico integrato, posizionato nel punto focale. Quando viene pompata acqua al suo interno, la corrente elettrica generata dai fotoelettrodi scinde le molecole di H2O in idrogeno e ossigeno.

La concentrazione luminosa genera anche calore che viene fatto passare attraverso uno scambiatore in maniera da essere “riciclato” per altri usi. Il design del reattore solare permette anche di recuperare l’ossigeno.

L’impianto pilota realizzato nel campus dell’EPFL è stato testato in condizioni reali. La sperimentazione ha mostrato un’efficienza luce solare-idrogeno sopra il 20% a livello di dispositivo e un tasso di produzione dell’H2 superiore ai 2 kW. Per la precisione il reattore solare ha prodotto circa circa 500 grammi di idrogeno al giorno.

Haussener ha affermato:

“Con una potenza di uscita di oltre 2 kilowatt, abbiamo superato il limite di 1 kilowatt per il nostro reattore pilota mantenendo un’efficienza record per questa vasta scala”

I ricercatori, tramite lo spin-off di LRESE, la SoHHytec, stanno già pensando all’implementazione commerciale. Il primo a sperimentare un impianto su scala 100 kW potrebbe essere un produttore di metalli svizzero che sfrutterà l’idrogeno per i suo processi di ricottura. L’ossigeno verrebbe invece destinato agli ospedali della zona e il calore impiegato per riscaldare l’acqua in fabbrica.