Il record del 31,3% è stato raggiunto collegando celle solari III-V direttamente all’elettrolizzatore
Quando si parla di idrogeno verde, molti pensano a lunghi processi di conversione e perdite di efficienza. E se invece si potesse produrlo direttamente con la luce del sole, quasi senza sprechi? La risposta arriva da un team di ricercatori tedeschi. Secondo il comunicato stampa del Fraunhofer Institute ISE, un dimostratore testato all’aperto ha convertito fino al 31,3 per cento dell’energia solare in energia chimica, calcolata sul potere calorifico superiore dell’idrogeno. Non è una proiezione al computer: è un modulo reale, esposto alla luce diretta, che ieri ha messo nero su bianco un dato che fino a poco tempo fa sembrava irraggiungibile.
Un’efficienza da record
Il 31,3 per cento è la cifra che ribalta lo scetticismo più diffuso: l’idrogeno verde sarebbe troppo inefficiente per diventare una soluzione pratica. Invece il dimostratore del Fraunhofer ISE, con un’area della lente di appena 64 centimetri quadrati, ha dimostrato che la strada dell’alta efficienza esiste ed è percorribile. Il punto non è solo il numero in sé, ma cosa significa per chi si chiede se l’idrogeno fatto in casa o in azienda potrà mai avere senso economico. Un’efficienza superiore al 30 per cento vuol dire che una porzione consistente della radiazione solare finisce in molecole utilizzabili, riducendo lo spreco che normalmente si accumula tra pannelli, inverter, cavi ed elettrolizzatori separati.
Qui non ci sono paragoni con i pannelli domestici al silicio che conosciamo. Le celle impiegate sono celle solari III-V, le più efficienti al mondo, comprovate da anni e stabili nel lungo termine. Hanno una tensione a circuito aperto superiore a 4 volt, una caratteristica che in un’applicazione normale sarebbe quasi un dettaglio tecnico, ma che in questo caso è la chiave per far funzionare tutto senza componenti aggiuntivi. Dietro questa cifra c’è un’idea tecnica tanto semplice quanto rivoluzionaria.
Il trucco del collegamento diretto
Per raggiungere il 31,3 per cento, i ricercatori hanno abbandonato l’approccio tradizionale che prevede convertitori di potenza tra i pannelli e l’elettrolizzatore. In un impianto classico, l’elettricità generata dai pannelli passa attraverso dispositivi che adattano tensione e corrente, e ogni passaggio si porta via una fetta di energia. Il team guidato da Frank Dimroth, Juan Francisco Martínez Sánchez e Tom Smolinka ha invece collegato le celle solari direttamente al catodo e all’anodo di due celle di elettrolisi PEM messe in serie. L’elettricità prodotta dalle celle va dritta all’elettrolisi, senza giri e quindi senza perdite di conversione intermedie.
Per capire la differenza, immaginiamo due scenari concreti. Nel primo, compro pannelli fotovoltaici, un inverter, un elettrolizzatore separato e li collego: tra rendimenti dei pannelli (diciamo un ottimo 22 per cento), perdite dell’inverter e dell’elettrolisi, l’energia che arriva all’idrogeno scende facilmente sotto il 15 per cento. Nel secondo scenario, il modulo del Fraunhofer usa un array di lenti di Fresnel che concentra la luce solare diretta sulle celle III-V, le quali spingono la tensione oltre i 4 volt quanto basta per azionare le celle PEM senza alcun convertitore intermedio. Il risultato è più del doppio dell’efficienza, in uno spazio ridotto. «Il nostro nuovo record dimostra che l’idrogeno può essere prodotto molto efficientemente direttamente dalla luce solare», ha commentato Dimroth. Ma se il principio è così efficiente, cosa manca per vederlo applicato nella vita di tutti i giorni?
Dalla ricerca al garage di casa?
L’entusiasmo da laboratorio si scontra con la realtà dello sviluppo tecnologico. Lo stesso Fraunhofer ISE mette le mani avanti: lo sviluppo è ancora nelle fasi iniziali e non è chiaro quanto velocemente si possano ottenere sistemi competitivi. Tradotto per un privato o per un’impresa che già oggi valuta l’idrogeno: questo dimostratore non è un prodotto, è la prova che una certa strada funziona. Arrivare a un modulo commerciale significa risolvere questioni di scala produttiva, costi dei materiali, durata sul campo in condizioni meteo reali e integrazione con le infrastrutture esistenti.
Facciamo un esempio pratico. Un’auto a idrogeno consuma circa 1 kg di idrogeno ogni 100 chilometri. Con un’efficienza del 31,3 per cento e una buona insolazione, un modulo da un metro quadrato potrebbe teoricamente produrre qualche decina di grammi di idrogeno al giorno. Non è ancora il momento di immaginare un elettrolizzatore da parete nel box auto, ma è il momento di registrare che la direzione è tracciata. Clearsun Energy, realtà collegata al progetto, sta lavorando proprio su questa transizione dalla ricerca alla pratica, anche se le tempistiche restano incerte.
Chi oggi ha già pannelli fotovoltaici e sta pensando di aggiungere un elettrolizzatore domestico, sappia che i sistemi attuali sul mercato viaggiano su efficienze ben più basse e costi di manutenzione non trascurabili. Non esistono incentivi specifici che rendano conveniente l’idrogeno fai-da-te rispetto all’accumulo in batteria o allo scambio sul posto, e l’unico modo per far quadrare i conti è un impianto molto grande e un consumo di idrogeno costante, per esempio in ambito industriale o agricolo. Il modulo III-V a concentrazione, se e quando arriverà a costi accessibili, potrebbe cambiare proprio questo calcolo, ma è presto per inserirlo in un business plan.
Non aspettiamoci pannelli a idrogeno in ferramenta domani, ma teniamo d’occhio questa strada. La dimostrazione di ieri non è una promessa astratta: è un dato misurato, con un’efficienza che fino a pochi anni fa sembrava irraggiungibile. Quando un record del genere viene certificato, significa che il futuro dell’idrogeno pulito è un po’ meno astratto e un po’ più un problema di ingegneria, costi e tempo. Non ancora una risposta definitiva al «cosa cambia per me», ma un primo passo concreto verso una tecnologia che potrebbe, un giorno, portare l’idrogeno direttamente sul tetto di casa.
