Le celle a combustibile sono dispositivi atti a trasformare direttamente l’energia chimica di un combustibile in energia elettrica, senza il passaggio di combustione necessario per il funzionamento tutti i motori endo ed eso-termici ad oggi adoperati. Il risparmio di un passaggio, oltre che a rendere più efficiente il processo di produzione di energia, evita o limita la produzione di alcune sostanze (tra cui la CO2) con un forte impatto ambientale. Perciò, nell’ottica della transizione verde, le celle a combustibile sono considerate delle alternative interessanti per la produzione di energia elettrica sia su grande che su piccola scala.
Tra le molte tipologie di celle a combustibile studiate, il filone che si alimenta ad alcol riscuote oggi un particolare interesse per un’importante serie di fattori tecnologici. Queste celle utilizzano combustibile liquido, cosa che rende la loro gestione più semplice rispetto alle più famose celle ad idrogeno che utilizzano idrogeno ad alta pressione. Le celle ad alcol diretto possono inoltre lavorare anche a temperatura ambiente mantenendo un discreto livello di efficienza, al contrario della maggior parte delle altre tipologie di fuel cells che hanno temperatura di esercizio compresa tra i 50 ed i 200°C. Questi fattori contribuiscono a semplificare di molto la complessità dei dispositivi ad alcol, che avranno bisogno di un limitato numero di sistemi ancillari per lavorare in efficienza, prestandosi perciò molto bene per piccole applicazioni off-grid, o per l’alimentazione di dispositivi portatili. Anche riguardo alla gestione del combustibile, gli alcol utilizzati possono essere ottenuti dalla processazione di alcune biomasse di scarto, mentre per taluni sistemi i liquidi esausti possono essere purificati e riprocessati per ottenere prodotti chimici pregiati per l’industria, il tutto seguendo una logica virtuosa in cui viene minimizzato lo spreco.
Di contro, sono ancora numerose le sfide tecniche che devono essere vinte per arrivare ad una commercializzazione di questi dispositivi. I maggiori ostacoli da vincere sono relativi alla messa a punto di catalizzatori per le reazioni di ossidazione degli alcol a base di elementi non critici per il mercato mondiale, che possano anche avere efficienza costante nel tempo. Piu in generale, molte sono le problematiche sia fondamentali che pratiche legate alla scienza dei materiali che devono ancora essere affrontate per rendere questi dispositivi un’alternativa accattivante per un utilizzo diffuso.
Su Electrochemical Energy Reviews (Impact Factor 31.2 Journal Citation Report (Clarivate Analytics, 2023)) è stata pubblicata la review “Direct Alcohol Fuel Cells: A Comparative Review of Acidic and Alkaline Systems” (DOI:0.1007/s41918-023-00189-3), frutto di uno sforzo congiunto di alcuni tra i più importanti esperti italiani e stranieri sull’argomento, che vuole fare il punto sullo stato dell’arte di questa tecnologia, dando risalto ad alcune delle criticità per il suo futuro sviluppo, e descrivendo le soluzioni che la presente generazione di scienziati sta mettendo in atto per aggirarle. Il lavoro di review è stato condotto da Carlo Santoro (Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Milano - Bicocca) insieme a Enrico Berretti, Hamish A. Miller, Jonathan Filippi, Francesco Vizza e Alessandro Lavacchi (CNR-ICCOM, Istituto per la chimica dei composti organometallici), Luigi Osmieri ( Los Alamos National Laboratory), Vincenzo Baglio (CNR-ITAE , Istituto di tecnologie avanzate per l’energia “Nicola Giordano”), Monica Santamaria (Università di Palermo) e Stefania Specchia (Politecnico di Torino).