Booster per la transizione energetica: il team di ricerca di Kiel punta a ottimizzare la produzione di idrogeno
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Quando, nel prossimo futuro, le navi alimentate con idrogeno verde solcheranno gli oceani del mondo, anche gli scienziati di Kiel avranno dato il loro contributo. Un gruppo di ricerca dell'HAW Kiel e dell'Università di Kiel sta attualmente collaborando con l'azienda Phi-Stone AG per ottimizzare la produzione di idrogeno attraverso l'elettrolisi capillare e renderla infine più conveniente. L'aumento dell'efficienza sarà ottenuto grazie a materiali innovativi per la membrana e a un sistema di controllo elettronico più intelligente. Il progetto CAPTN Energy "Materiali innovativi e alimentatori per l'elettrolisi dell'idrogeno" riceve oltre 870.000 euro dal Ministero federale dell'Istruzione e della Ricerca.
L'Organizzazione marittima internazionale delle Nazioni Unite (IMO) ha formulato un obiettivo chiaro: Le flotte dei suoi 176 Stati membri dovranno essere neutrali dal punto di vista climatico entro il 2050 e il 40% entro il 2030. Si tratta di un piano ambizioso, visto che nel 2024 il 98,8% delle navi utilizzava ancora combustibili fossili convenzionali. L'industria marittima deve quindi utilizzare in futuro fonti energetiche neutre dal punto di vista climatico. La conversione delle energie rinnovabili in idrogeno verde mediante elettrolisi è particolarmente interessante per la transizione energetica marittima. L'idrogeno così prodotto può essere utilizzato per alimentare le navi sotto forma di celle a combustibile o convertito in altri combustibili sostenibili. Il problema è che la domanda è enorme e la produzione di idrogeno è ancora costosa e inefficiente.
Nuovi concetti di materiali dovrebbero consentire l'elettrolisi capillare su scala industriale
È proprio qui che entra in gioco il progetto CAPTN Energy "Materiali innovativi e alimentatori per l'elettrolisi dell'idrogeno". I partner della cooperazione HAW Kiel e CAU Kiel vogliono sviluppare materiali efficienti e soluzioni di alimentazione per il processo di elettrolisi capillare in collaborazione con Phi-Stone AG, che ha sede a Mielkendorf vicino a Kiel. L'elettrolisi capillare utilizza una cella elettrolitica che produce idrogeno e ossigeno attraverso una membrana porosa e idrofila. L'elettrolisi convenzionale ha un'efficienza compresa tra il 60 e l'80%, mentre l'elettrolisi capillare promette rendimenti ben superiori al 90%, spiega il Prof. Dr. Rainer Adelung, responsabile del gruppo di lavoro sui nanomateriali funzionali presso l'Istituto di Scienza dei Materiali dell'Università di Kiel. Questo processo è già molto efficiente: "Tuttavia, inizialmente era stato presentato solo come un concetto di ricerca. Abbiamo bisogno di nuovi concetti di materiali altamente scalabili per l'elettrolisi capillare, che consentano un'elettrolisi efficiente dal punto di vista dei costi su scala industriale. Vogliamo svilupparli nell'ambito del progetto".
Semiconduttori di potenza al nitruro di gallio per controllare le celle di elettrolisi in modo più efficiente
Un'altra chiave per una maggiore efficienza e quindi per una produzione di idrogeno più economica risiede nel controllo della cella elettrolitica, che genera la tensione necessaria per il processo di elettrolisi. Il responsabile generale del progetto Ulf Schümann (HAW Kiel) svilupperà il sistema di controllo nell'ambito del progetto. Schümann sta studiando in che misura la pulsazione della tensione possa aumentare l'efficienza della cella di elettrolisi. Il professore di elettronica di potenza e azionamenti elettrici si concentra sui semiconduttori di potenza al nitruro di gallio. "Finora sono stati utilizzati semiconduttori di potenza a base di silicio. Il nitruro di gallio come materiale ha il potenziale per essere molto più efficiente, in quanto ha una resistenza on-state significativamente inferiore", spiega Schümann.
I costi per chilogrammo di idrogeno e quindi l'efficienza della catena del valore nella produzione di idrogeno sono cruciali per il successo della transizione energetica, sottolinea Schümann. Attualmente, per ogni chilogrammo di idrogeno sono necessari circa 52,5 kWh di energia elettrica. L'elettrolisi capillare promette di ridurre il fabbisogno energetico a meno di 42 kWh per chilogrammo di idrogeno. "Questo riduce il consumo energetico del 20%", spiega Schümann. Questo ha naturalmente un impatto diretto sul costo della produzione di idrogeno e sul prezzo dell'idrogeno.
Un partner industriale contribuisce con l'ossido di zinco tetrapodale
Il terzo partner del progetto è Phi-Stone AG, un'azienda nata dalla Facoltà di Ingegneria dell'Università di Kiel. Il partner industriale, spiega il dottor Daniel Hugenbusch, responsabile del Dipartimento di Ricerca e Sviluppo, produrrà i materiali capillari scalabili da sviluppare: "Phi-Stone AG produce il cosiddetto ossido di zinco tetrapodale in condizioni di camera bianca su scala altamente scalare, che viene utilizzato in prodotti medici e cosmetici grazie alle sue eccezionali proprietà antimicrobiche. Da un punto di vista tecnico, esistono ulteriori aree di applicazione, in quanto l'ossido di zinco tetrapodale come materiale di modellazione, cioè agente di stampaggio, è la base per un gran numero di materiali innovativi. Utilizzeremo queste proprietà per i materiali elettrodici sviluppati in parallelo nell'ambito di questo progetto".
I governi federali e statali sostengono il progetto CAPTN Energy
Il progetto CAPTN Energy di Kiel "Materiali innovativi e alimentatori per l'elettrolisi dell'idrogeno" è finanziato dal Ministero federale della Ricerca, della Tecnologia e dello Spazio con circa 870.000 euro nell'ambito del programma WIR! Il Ministero per la transizione energetica, la protezione del clima, l'ambiente e la natura dello Stato dello Schleswig-Holstein partecipa con un cofinanziamento. Il progetto avrà una durata di tre anni.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Tedesco può essere trovato qui.
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