Fuel Cell: Funzionamento e Integrazione con Batterie Termiche

Le fuel cells, o celle a combustibile, stanno rivoluzionando il settore dell'energia sostenibile grazie alla loro capacità di produrre elettricità attraverso reazioni chimiche, con un impatto ambientale ridotto. Queste tecnologie trovano applicazione in diversi settori, dall'industria alla mobilità, grazie alla loro elevata efficienza e alla possibilità di utilizzare combustibili differenti, come idrogeno ed etanolo.
Per massimizzare le prestazioni e ridurre gli sprechi energetici, è possibile integrare le celle a combustibile con batterie termiche, che permettono di recuperare il calore disperso e migliorare l'efficienza complessiva del sistema.
In questo articolo, esploreremo il funzionamento delle fuel cells, le loro applicazioni e i vantaggi derivanti dall'integrazione con batterie termiche.

Fuel Cell: Come Funzionano?

Le celle a combustibile sono dispositivi elettrochimici che generano energia elettrica attraverso una reazione chimica tra un combustibile (ad esempio, idrogeno o etanolo) e un ossidante (ossigeno o aria). Questo processo avviene senza combustione diretta, riducendo le emissioni inquinanti rispetto ai sistemi tradizionali.

Principali Tipologie di Fuel Cells e Loro Funzionamento

1. Fuel Cell a Idrogeno (PEMFC – Proton Exchange Membrane Fuel Cell):
   • Funzionano con idrogeno come combustibile.
   • Producono elettricità con un'elevata efficienza e basse emissioni.
   • Utilizzate principalmente nei veicoli a idrogeno e nei sistemi di alimentazione stazionari.
2. Fuel Cell a Etanolo (SOFC – Solid Oxide Fuel Cell):
   • Possono funzionare con gas naturale o altri idrocarburi.
   • Operano a temperature elevate e sono ideali per applicazioni industriali.
   • Offrono un'efficienza competitiva, ma richiedono un sistema di gestione del calore avanzato.
3. MCFC – Celle a Combustibile a Carbonati Fusi:
   • Operano a temperature di circa 650°C, utilizzando carbonati fusi come elettrolita.
   • Sono adatte per la produzione combinata di energia elettrica e termica.
   • Possono catturare CO₂, contribuendo alla riduzione delle emissioni.

Applicazioni delle Fuel Cells nei Settori Industriali e Domestici

Le fuel cells trovano impiego in diversi ambiti, grazie alla loro capacità di fornire energia pulita e continua.

Settori di Applicazione

• Industria: Alimentazione elettrica per impianti produttivi, con recupero di calore per processi ad alta temperatura.
• Mobilità: Veicoli a idrogeno e trasporti pubblici a zero emissioni.
• Settore residenziale: Generazione di energia per abitazioni e piccoli edifici, con recupero del calore per il riscaldamento domestico.

Per un approfondimento sul ruolo delle batterie termiche in ambito residenziale, leggi il nostro articolo:
Riscaldamento a Pavimento o Termosifoni? L'importante è che ci sia la Batteria Termica

Limiti delle Fuel Cells e il Ruolo delle Batterie Termiche

Nonostante le loro elevate prestazioni, le celle a combustibile presentano alcune limitazioni, in particolare la dispersione di calore generato durante il processo di conversione dell'energia.

Perché le batterie termiche comporterebbero vantaggi?

1. Recupero del calore disperso:
   • Le fuel cells ad alte temperature, come le MCFC, rilasciano calore che può essere recuperato e riutilizzato.
   • L'integrazione con batterie termiche a PCM (Materiali a Cambiamento di Fase) consente di ottimizzare questo calore residuo.
2. Miglioramento dell'efficienza complessiva:
   • Una batteria termica può immagazzinare energia termica durante i periodi di bassa richiesta e rilasciarla quando necessario.
   • Il rilascio può avvenire ad elevate potenze ed in maniera diretta, consentendo quindi di rispondere anche a richieste di calore istantanee e, in determinati casi, senza necessità di componenti aggiuntivi che servirebbero, invece, con accumuli di calore tradizionali.
3. Riduzione dei costi operativi:
   • L'utilizzo di una batteria termica riduce il bisogno di sistemi di raffreddamento attivi, abbassando i costi energetici complessivi.
4. Maggiore sostenibilità ambientale:
   • Migliore utilizzo dell'energia significa minori emissioni di CO₂ e un minor impatto ambientale.

Fuel Cells e Batterie Termiche: Un'Integrazione Strategica

Combinare celle a combustibile e batterie termiche rappresenta una soluzione vincente per diversi settori, aumentando l'efficienza energetica e riducendo gli sprechi.

Esempi di Integrazione:

• Impianti industriali produttivi: Recupero del calore dalle fuel cells MCFC per alimentare altri processi produttivi.
• Cantieri: Recupero del calore dalle fuel cells MCFC durante le ore di lavoro degli operai per poi utilizzarlo negli orari di fine turno per la produzione di acqua calda utile agli spogliatoi.
• Edifici residenziali: Utilizzo di fuel cells a idrogeno per generare elettricità e calore che può essere stoccato in una batteria termica e, successivamente, utilizzato per scaldare l'acqua calda sanitaria.

L'adozione di questa tecnologia contribuisce a una transizione energetica più efficiente, riducendo i costi e l'impatto ambientale.
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