Nuovi elettrodi costituiti da metalli non preziosi nella elettrolisi industriale alcalina tradizionale dell'acqua ad Idrogeno.

https://www.mdpi.com/1996-1944/12/8/1336/pdf



Nel link suindicato si analizza lo stato della ricerca e messa a punto degli elettro-catalizzatori  e della costituzione degli elettrodi utilizzabili come elementi costitutivi nella realizzazione di elettrolizzatori tradizionali ad elettrolita alcalino per la produzione di Idrogeno dall'acqua, in antitesi e concorrenza con i ben più moderni ed energeticamente efficienti nuovi elettrolizzatori PEM a Membrana Polimerica  Elettrolitica,
senza elettrolita liquido e separatori a diaframma, derivati dalle moderne "fuel cell" ad Idrogeno per vetture elettriche.

L'elettrolisi dell'acqua è un processo industriale fondamentale e specifico per la produzione di Idrogeno Verde a partire da sorgenti di energia elettrica rinnovabile discontinua, come l'energia elettrica di origine eolica o fotovoltaica consentendo l'accumulo e lo stockaggio immediato di dette energie elettriche sotto forma di Idrogeno Verde pressurizzato, ritrasformabile a piacimento e secondo necessità sia in energia elettrica mediante celle a combustibile di Idrogeno industriali e sia per trasformazione in intermedi utili per la vita moderna, al trasporto ferroviario, marittimo, aereo e locomozione automobilistica privata, alla riconversione della CO2 a intermedi chimici di ogni genere e/o combustibili liquidi Carbon Neutral per motori a combustione interna tradizionali, finchè ancora continueranno ad esistere nel mondo moderno, in particolare quello povero e sottosviluppato che non potrà permettersi il trasporto privato con motori elettrici perchè inaccessibile finanziariamente per un bel pezzo per loro (quindi seguiteranno ad usare combustibili liquidi Carbon Neutral sintetizzati espressamente per loro non da fonti fossili Carbone  e Petrolio ma da CO2 riciclata dall'atmosfera e dai processi di combustione del gas naturale con cattura obbligatoria della CO2 prodotta).

Ma gli elettrolizzatori industriali alcalini per le medie e grandi produzioni di Idrogeno Verde proposti attualmente dal mercato sono dei semplici aggiornamenti tecnologici di vecchi processi elettrolitici tradizionali che generavano Idrogeno dall'acqua per la sintesi dell'ammoniaca per fertilizzanti chimici per l'agricoltura.

Dette proposte industriali attuali degli elettrolizzatori alcalini non sono più adeguate, mentre lo sono i nuovi elettrolizzatori PEM a membrana, che operano con gli stessi principi delle "fuel cell" ad Idrogeno messe a punto per la locomozione elettrica.

Gli elettrolizzatori alcalini tradizionali  non hanno migliorato granchè la loro efficienza produttiva originariamente scadente ed i relativi costi di produzione, sopratutto per quanto concerne gli aspetti fondamentali chimico-fisici che stanno alla base della reazione di elettrolisi dell'acqua, in special modo per quanto concerne la costituzione dei catalizzatori e degli elettrodi dove avviene la generazione di Idrogeno e di Ossigeno dall'acqua e dalle condizioni di reazione dell'elettrolita fortemente alcalino da KOH concentrata relativamente alla  pressione e alla temperatura di esercizio degli elettrolizzatori stessi, che devono superare le condizioni improduttive di temperatura e pressione storiche ancora a livello primordiale inaccettabili rispetto a condizioni di efficienza produttiva attuale, che devono essere almeno 30 bar per la pressione, 130 - 180 °C per la temperatura di esercizio e almeno 5,0 Ampere/cm2 di densità elettronica agli elettrodi, come invece già realizzato negli elettrolizzatori PEM a membrana attuali, di cui alcuni validi esempi industriali sono indicati nei post precedenti.

Nel suddetto link relativo ad un lavoro di ricerca pratico-sperimentale recente di MDPI su elettro-catalizzatori ed elettrodi di celle elettrolitiche alcaline tradizionali a diaframma di separazione dell'elettrolita tra anodo e catodo si puntualizza la situazione di evoluzione dei catalizzatori industriali tradizionali da metalli nobili al Nichel Raney e Nichel metallico e relativi supporti elettrodici in ambiente alcalino per KOH concentrato, a temperature di 70 -100°C e a pressione atmosferica o poco superiore, densità di corrente sempre troppo basse attorno ad 1,0 Ampere/cm2, condizioni decisamente ancora insufficienti per una resa energetica adeguata di detti elettrolizzatori alcalini e che sia paragonabile a quella degli elettrolizzatori PEM.

Anche il progetto industriale di detti elettrolizzatori alcalini non è stato migliorato adeguatamente, volto a realizzare ampie superfici di contatto dei nuovi elettro-catalizzatori a base di Nichel e Acciaio Inox (Fe/Ni/Cr/Mo), basse resistenze ohmiche nella cella elettrolitica, miglioramento dei flussi di liquido ed evacuazione dei gas, incremento notevole irrealizzato delle densità elettroniche e dei potenziali elettrolitici in gioco.

Si riporta il fatto che con i nuovi elettro-catalizzatori a base di Nichel i valori di sovratensione ohmica possono essere ridotti a circa 500 mV, che è da considerare un valore ancora troppo elevato che comporta una caduta di resa energetica eccessiva, che non supera il 75%, inaccettabile industrialmente.

Si conclude che i nuovi catalizzatori anodici a base di Acciaio Inox per lo sviluppo di O2 (OVR) non sono ancora ottimali in quanto presentano sovratensioni ohmiche ancora eccessive e quasi il doppio di quelle catodiche per lo sviluppo di H2 (HER), come anche lo sviluppo fisico-chimico industriale della cella elettrolitica industriale relativamente al controllo dei flussi di massa, gas, ioni e calore è ancora lontano dall'essere ottimizzato, sopratutto per quanto concerne l'OEV, che è la semi-reazione più critica e lenta del processo elettro-chimico globale.

Si attendono miglioramenti significativi in futuro, sopratutto ancora una volta per quanto concerne i catalizzatori, le condizioni di reazione e il controllo dei flussi di masse, ioni e calore dell'elettrolizzatore alcalino, ora inaccettabili.