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Pila a combustibile

Principio di funzionamento di una pila a combustibile

Enormi vantaggi economici si avrebbero dalla realizzazione di un sistema che consentisse di trasformare l'energia chimica dei combustibili direttamente in energia elettrica, evitando il passaggio attraverso l'energia termica; questo passaggio infatti comporta rese energetiche dell'ordine del 30%, mentre la trasformazione diretta potrebbe consentire rese prossime al 100% .

Si cerca di realizzare tale trasformazione diretta mediante le pile a combustibile, anche se la soluzione del progetto è tuttora piuttosto lontana.

La combustione è un processo di ossidoriduzione (il combustibile viene ossidato dall'ossigeno) ed è perciò suscettibile, come ogni reazione redox, di avvenire in una adatta pila.

Ad esempio la combustione dell'etano, idrocarburo gassoso:

C2H6 + 3,5 O2 → 2 CO2 + 3 H2O + 1560 kJ

può farsi avvenire nel cilindro di un motore a combustione interna, producendo energia meccanica con una resa che si aggira attorno al 30%.

N.B. = 1560 kJ rappresenta il calore di combustione.

La stessa reazione può avvenire, con una resa in energia elettrica di circa il 95% in una pila a combustibile che scinde la reazione precedente nelle due semireazioni elettrodiche:

(polo +) 3,5 O2 + 7 H2O + 14 e- → 14 OH-

(polo -) C2H6 + 14 OH- → 2 CO2 + 10 H2O + 14 e-

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Reazione globale:

C2H6 + 3,5 O2 → 2 CO2 + 3 H2O

L'elettrodo positivo della pila, su cui avviene la riduzione dell'ossigeno, è costituito da nichel poroso mantenuto saturo di ossigeno o di aria, e quello negativo, su cui avviene l'ossidazione dell'etano, è costituito da carbone poroso mantenuto saturo di etano.

I due elettrodi sono a contatto con una soluzione concentrata di KOH, e sulla loro superficie sono presenti catalizzatori che aumentando la velocità delle reazioni elettrodiche consentono alla pila di erogare correnti di intensità conveniente.

pila a combustibile

Schema di una pila a combustibile: A) nichel poroso con catalizzatore (polo +); B) carbone poroso con catalizzatore (polo -); C) contenitore; D) soluzione acquosa di KOH.

Le uniche pile a combustibile oggi prodotte dall'industria, sono quelle ad idrogeno-ossigeno, che impiegano cioè l'idrogeno come combustibile.

La pila ad H2/O2 non risolve però il problema centrale che è quello di poter utilizzare in queste pile i combustibili convenzionali (gas naturali e prodotti petroliferi).

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