Obiettivo 1: Produzione di idrogeno verde e pulito
REFERENTE
Massimiliano Della Pietra – ENEA
massimiliano.dellapietra@enea.it
Attività
La presente Linea di Attività mira ad effettuare un dettagliato e sistematico studio parametrico dei fenomeni chimico fisici degli elettrolizzatori a carbonati fusi (MCEC), al fine di acquisire informazioni fondamentali per lo sviluppo ed il miglioramento della tecnologia per la produzione di idrogeno.
La prima parte delle attività sperimentali è interamente dedicata ad uno studio sistematico, tramite i principali strumenti di misura delle performance elettrochimiche (e.g. test di polarizzazione galvanostatica, spettri di impedenza), dei fenomeni chimico-fisici che governano e influenzano il corretto funzionamento della cella in condizioni stazionarie. I dati raccolti vengono utilizzati per un’analisi modellistica basata sulla meccanica quantistica multi-scala mirata a definire energie di attivazione, conduttività ionica e resistenza alla diffusione per materiali e componenti allo stato dell’arte delle MCEC. Questo permette, da un lato, di individuare con maggiore precisione la migliore finestra operativa per questa tecnologia, e, dall’altro, di teorizzare formulazioni innovative per materiali e struttura dei componenti di una MCEC.
La seconda parte di questa linea di attività si è concentrata, invece, sullo studio dell’accoppiamento degli elettrolizzatori a carbonati fusi in un contesto reale di approvvigionamento da fonti rinnovabili non programmabili (fotovoltaico ed eolico). A tal fine sono state definite delle campagne sperimentali dinamiche che simulino alcuni giorni tipo dell’anno e il conseguente approvvigionamento di energia elettrica.
Risultati
Lo studio ha analizzato il funzionamento delle celle MCEC in modalità elettrolisi, evidenziando come la CO₂ giochi un ruolo determinante. L’analisi degli spettri di impedenza mostra che la polarizzazione legata all’elettrodo di idrogeno incide più in elettrolisi che in modalità fuel cell, e non può essere trascurata nello studio dei meccanismi elettrochimici.
La composizione del gas in ingresso influisce sulle prestazioni: variazioni della CO₂ hanno un impatto maggiore sulla polarizzazione rispetto all’H₂O, indicando la CO₂ come reagente limitante. La temperatura riduce significativamente la resistenza di polarizzazione, migliorando l’efficienza. I test su single cell confermano che alte concentrazioni di CO₂ e temperature elevate favoriscono la produzione di CO (fino al 12% su base secca) grazie alla reazione inversa di Water-Gas Shift, mentre condizioni opposte permettono la produzione di idrogeno puro. Lo studio dimostra la possibilità di modulare l’output della cella in funzione della composizione dei gas e della temperatura, ottenendo syngas o idrogeno a seconda delle esigenze
Team di ricerca
Massimiliano Della Pietra – ENEA
Simone Mataloni – ENEA
Silvia Lo Conte – ENEA
Danilo Zola – ENEA
Francesca Sessa – ENEA
In collaborazione con:
Università degli studi di Napoli Federico II
INSTIM
Documenti
– S. Lo Conte, S. Mataloni, M. Della Pietra, L. Simonetti, Y. De Pra, M.C. Annesini
DRT-Based electrochemical investigation on the fuel electrode in a molten carbonate electrolysis cell
J. Power Sources, 631 (Mar) (2025), https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2025.236197
– Simone Mataloni, Silvia Lo Conte, Massimiliano Della Pietra, Francesca Santoni, Alfredo Zingone, Nicola Verdone,
Effect of operating conditions on Molten Carbonate Electrolysis Cell performance: an experimental study,
Journal of Power Sources, Volume 652, 2025, 237692, ISSN 0378-7753, https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2025.237692.
– F. Sessa, M. Della Pietra, S. Mataloni, A.B. Muñoz-García, M. Pavone
Structure and dynamics of Li1.24K0.76CO3 molten carbonate electrolyte from molecular simulations with explicit polarization
Phys. Chem. Chem. Phys., 26 (19) (Apr. 2024), pp. 14420-14429, https://doi.org/10.1039/D4CP00805G
– 5 oral talks in international conferences
