Quando si discute di futuro dell’energia e del processo di transizione energetica, le celle a combustibile (Fuel Cell) sono un argomento su cui storicamente si scontrano le opinioni di chi le considera il sacro graal dell’energia pulita e di chi, all’opposto, le liquida come promessa irrealizzabile. Ora un white paper di KeyPartners, società di consulenza delle risorse umane, cerca di fare ancora una volta il punto della situazione. Il report prende in esame gli aspetti ambientali, tecnologico/produttivi, economici e politici che ruotano intorno alle celle a combustibile, evidenziando sia le opportunità offerte dalla loro adozione, sia le criticità tuttora da risolvere.

Fuel Cell: cosa sono

Le Fuel Cell sono generatori elettrochimici che sfruttano la reazione tra un combustibile, tipicamente l’idrogeno, e un comburente, l’ossigeno, per produrre energia elettrica, rilasciando vapore acqueo come sottoprodotto. Durante il processo non si ha l’intervento intermedio di un ciclo di combustione: ciò permette di ottenere rendimenti di conversione dal 50 al 70% più elevati rispetto ai motori endotermici. Inoltre, le emissioni degli impianti con celle a combustibile sono estremamente contenute e prive di inquinanti come l’anidride carbonica e gli ossidi di azoto. Tra l’altro, l’energia termica sviluppata nel corso della reazione elettrochimica può essere recuperata in impianti di cogenerazione.

Si contano a oggi sei tipologie di Fuel Cell, ognuna con caratteristiche specifiche per applicazioni diverse. Si va dalle celle a membrana a scambio protonico (PEMFC), adatte al trasporto pubblico e di merci e ai generatori portatili, alle celle a ossidi solidi (SOFC) ideali per applicazioni di generazione di energia stazionaria quali centrali elettriche o impianti di backup.

Il mercato delle Fuel Cell sta conoscendo una fase di rapida espansione, alimentata da una crescente attenzione alla sostenibilità e all’efficienza energetica. Se nel 2023 il mercato globale delle Fuel Cells ha generato un giro d’affari di oltre 7 miliardi di dollari, le proiezioni vedono una crescita significativa nei prossimi anni fino a raggiungere poco meno di 58 miliardi entro il 2032, con un CAGR di circa il 26%. Il settore impiega una forza lavoro globale di 644.000 persone, con un incremento di oltre 30.000 dipendenti nell’ultimo anno. L’industria offre un panorama competitivo, con circa 4.330 aziende all’interno del suo ecosistema.

Applicazioni

Le Fuel Cell, grazie alla loro efficienza, sostenibilità e capacità di ridurre le emissioni, stanno trovando applicazioni in vari settori. I riflettori sono puntati principalmente sull’automotive. In questo ambito, le Fuel Cell potrebbero svolgere un ruolo chiave nella decarbonizzazione dei trasporti. Tuttavia, i vantaggi di questa tecnologia, quali le percorrenze superiori a mille chilometri con un pieno di idrogeno e i tempi di rifornimento allineati a quelli dei prodotti petroliferi, scontano la concorrenza delle autovetture alimentate a batteria e l’assenza di reti di distribuzione. Ciò nonostante, le Fuel Cells stanno dimostrandosi competitive nel trasporto pubblico e di merci, dove la lunga autonomia è un fattore vincente.

Le Fuel Cells stanno trovando applicazioni significative in Giappone, Alaska e Svezia nella generazione stazionaria di energia in quanto offre una soluzione pulita per aree remote che hanno difficoltà a collegarsi alla rete elettrica o dove occorre garantire una fornitura energetica stabile a infrastrutture critiche.

Sfide e barriere

L’idrogeno va ottenuto dall’acqua (o da gas naturale, biogas e syngas sottoposti a reforming) e portato allo stato liquido a -253°C per poter essere stoccato, trasportato e utilizzato nelle celle a combustione: queste procedure comportano elevati costi operativi e/o energetici.

Una soluzione ottimale per ottenere idrogeno puro e “verde” potrebbe consistere nel ricavarlo dall’elettrolisi dell’acqua utilizzando come fonti di energia gli impianti fotovoltaici ed eolici. Questa integrazione con le fonti rinnovabili avrebbe il vantaggio di creare sistemi energetici più affidabili e sostenibili. Quando l’energia prodotta dalle sorgenti rinnovabili è disponibile in abbondanza, può essere utilizzata per produrre idrogeno verde. Quest’ultimo potrà essere immagazzinato e utilizzato nelle Fuel Cells per produrre energia quando l’apporto di energia rinnovabile sia insufficiente.

Ci sono anche altre questioni importanti da considerare, a partire dall’elevato costo di produzione delle celle a combustibile e dai problemi di corrosione e degrado nel tempo (ostacoli in via di superamento, peraltro). Una delle maggiori criticità riguarda la creazione di un’infrastruttura di rifornimento di idrogeno. In Italia sono attivi solo due distributori per auto a idrogeno (a Bolzano e Mestre) e altri 36 dovrebbero essere realizzati entro il 2026 con i fondi PNRR. La costruzione di queste reti richiede enormi investimenti in infrastrutture e la cooperazione tra enti pubblici e privati.

Le politiche governative, infine, giocheranno un ruolo fondamentale nell’adozione delle Fuel Cell. Senza incentivi, come sussidi per l’acquisto di veicoli a idrogeno o investimenti in ricerca e sviluppo, la diffusione di queste tecnologie rischia di rallentare.

Quali prospettive?

Il futuro delle Fuel Cell appare promettente, secondo il report KeyPartners, con significativi sviluppi tecnologici in arrivo che potrebbero portare a un’espansione globale del loro utilizzo. Tecnologie emergenti come la produzione di idrogeno verde tramite elettrolisi alimentata da fonti rinnovabili potrebbero giocare un ruolo cruciale nell’alimentare le Fuel Cell, rendendo l’intero ciclo energetico più sostenibile.

Le previsioni indicano che la tecnologia delle Fuel Cell subirà un miglioramento sostanziale in vari ambiti, tra cui efficienza, durabilità e costi. Con l’avanzamento delle tecnologie di produzione e immagazzinamento dell’idrogeno, inoltre, potrebbero trovare impiego anche in settori industriali pesanti ed energivori, dove il loro potenziale di decarbonizzazione risulterà particolarmente vantaggioso.