L'idrogeno è un vettore energetico pulito e sostenibile che supporta l'integrazione su larga scala di fonti energetiche rinnovabili intermittenti, fornisce combustibili rinnovabili per i trasporti pesanti e consente una profonda decarbonizzazione di settori industriali difficili da ridurre. Tra le varie tecnologie di elettrolisi dell'acqua, gli elettrolizzatori a membrana a scambio anionico (AEM-WE) offrono diversi vantaggi, reali o previsti. Questi includono l'uso di elettrocatalizzatori a metalli non preziosi su entrambi gli elettrodi, membrane ionomeriche a base di idrocarburi prive di fluoro e materiali economici per le piastre bipolari. A differenza degli elettrolizzatori a membrana a scambio protonico (PEM-WE), che funzionano utilizzando acqua pura senza elettroliti aggiunti, gli attuali AEM-WE richiedono la circolazione di un elettrolita alcalino diluito per ottenere un'elevata efficienza energetica e una lunga durata.
Tuttavia, il funzionamento degli AEM-WE con acqua pura, ovvero senza alcali aggiunti, è altamente auspicabile per molteplici fattori, come la riduzione dei costi di impianto, le minori spese operative e la maggiore longevità del sistema.
La review dal titolo “Anion-Exchange-Membrane Electrolysis with Alkali-Free Water Feed” (doi: 10.1021/acs.chemrev.4c00466) recentemente pubblicato su Chemical Reviews (American Chemical Society, Impact Factor 55.8, 2024 Journal Impact Factor, Journal Citation Reports (Clarivate Analytics, 2025)) mira a fornire una comprensione fondamentale delle prestazioni degli AEM-WE in condizioni di acqua pura ed esplora il potenziale dell'utilizzo di fonti d'acqua naturali come l'acqua di mare. Nella review sono delineati i vantaggi del funzionamento degli AEM-WE con acqua pura, per poi approfondire i processi termodinamici e cinetici rilevanti; viene fornita un'analisi completa dei componenti del sistema, tra cui membrane, ionomeri, elettrocatalizzatori, strati di trasporto porosi, piastre bipolari e l'architettura complessiva del sistema, con particolare attenzione all'impatto della composizione elettrolitica e delle alimentazioni prive di alcali sulle prestazioni. Infine, sono discusse le sfide di degradazione introdotte dal funzionamento con acqua pura e proporremo strategie per mitigare tali problemi.
Questo lavoro è stato svolto dal Dr. Mohsin Muhyuddin, dal Prof. Piercarlo Mustarelli e dal Prof. Carlo Santoro (Dipartimento di Scienza dei Materiali, Università di Milano-Bicocca), Luigi Osmieri (Los Alamos National Laboratory), Valerio C.A. Ficca (ENEA), Ariel Friedman (University of Connecticut), Karam Yassin e Dario Dekel (Technion), Lior Elbaz (Bar Ilan University), Gioele Pagot, Enrico Negro, Vito Di Noto (University of Padova), Anastasiia Konovalova (DTU), Grace Lindquist, Liam T. e Minkyoung Kwak (University of Oregon), Frédéric Jaouen (University of Montpellier), Shannon Boettcher (University of Oregon e University of California Berkeley), Enrico Berretti e Alessandro Lavacchi (CNR-ICCOM, Firenze) e Plamen Atanassov (University of California Irvine)
Il lavoro è pubblicato con licenza CC-BY 4.0.