Le celle a combustibile ad etanolo diretto (DEFC), acronimo di Direct Ethanol Fuel Cell, rappresentano una valida alternativa alle celle a combustibile con membrana a scambio protonico. Questa tecnologia si distingue per la maggiore densità energetica dell’etanolo, che supera quella dell’idrogeno, rendendola una promettente fonte di energia alternativa.

Caratteristiche delle celle a combustibile ad etanolo diretto

Le celle a combustibile ad etanolo diretto sono dispositivi elettrochimici progettati per convertire direttamente l’energia chimica contenuta nell’etanolo in energia elettrica. Questa energia elettrica può essere impiegata per alimentare dispositivi elettronici portatili, come telefoni cellulari e computer portatili.

Con l’accelerare dello sviluppo tecnologico contemporaneo, è aumentata la domanda di dispositivi elettronici portatili che richiedono un’alimentazione di alta potenza e una lunga durata. Di conseguenza, emerge la necessità di fonti di energia che soddisfino queste esigenze. Le celle a combustibile ad etanolo diretto hanno ricevuto notevole attenzione poiché si presentano come opzioni più valide rispetto alle celle a combustibile a membrana elettrolitica polimerica alimentate a idrogeno, grazie alla loro configurazione compatta e al funzionamento efficiente.

Potenzialità e sfide

L’etanolo è un biocombustibile prodotto principalmente attraverso la fermentazione di zuccheri e amidi derivati da coltivazioni agricole, come canna da zucchero, mais, patate e manioca. Recenti ricerche hanno cercato di individuare metodi di produzione sostenibile dell’etanolo utilizzando prodotti di scarto agricoli, evitando il consumo di risorse destinate alla produzione alimentare.

Le celle a combustibile ad alcol diretto (DAFC) si basano sull’ossidazione elettrochimica simultanea del combustibile all’anodo e sulla riduzione dell’ossidante al catodo. Negli ultimi due decenni, la ricerca si è concentrata su due tecnologie principali: celle a combustibile a membrana a scambio protonico (PEM), utilizzate in ambienti acidi, e celle a combustibile a membrana a scambio anionico (AEM), attive in elettroliti alcalini con trasmissione di ioni idrossilici.

Le celle a combustibile commerciali disponibili oggi utilizzano idrogeno come combustibile e ossigeno dall’aria come ossidante, richiedendo impianti complessi non ideali per dispositivi portatili. Al contrario, l’uso di combustibili liquidi a temperatura e pressione ambiente rappresenta un’opzione promettente per l’energia portatile, grazie alla sua capacità di funzionare a pressioni ambientali e alla facilità di stoccaggio.

Gli alcoli, in particolare, si sono dimostrati interessanti come potenziali combustibili liquidi per le celle a combustibile, poiché possono essere facilmente ossidati e presentano potenziali di riduzione comparabili a quelli dell’idrogeno. Tra questi, le celle a combustibile ad etanolo diretto e quelle a metanolo diretto differiscono per il modo in cui l’etanolo viene ossidato, limitando l’efficienza del dispositivo e la gestione della produzione energetica.

Un aspetto limitante delle celle a combustibile ad etanolo diretto è la permeabilità delle membrane agli alcoli, il cui fenomeno, noto come fuel crossover, influisce negativamente sulle prestazioni, riducendo la capacità di generazione di energia. Ulteriori sfide emergono dall’inefficienza della conversione dell’etanolo in composti a valore energetico elevato e dalla complessità nella progettazione dei sistemi.

Tuttavia, nonostante le complicazioni, le celle a combustibile ad etanolo diretto stanno guadagnando attenzione nel campo delle energie alternative, grazie ai progressi nella tecnologia delle membrane e nella gestione degli elettrocatalizzatori.

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