La conversione diretta energia chimica-energia elettrica: materiali … · 2019-07-08 · La...
Transcript of La conversione diretta energia chimica-energia elettrica: materiali … · 2019-07-08 · La...
La conversione diretta energia chimica-energia elettrica:
materiali e dispositiviAlberto Vertova
Dipartimento di Chimica Fisica ed Elettrochimica
logo università
IDROGENO+
OSSIGENO
H2O+ ENERGIA ELETTRICA
Energia richiesta
Energia ottenuta
Alessandro VoltaAlessandro Volta
Produzione dell’idrogeno
Pile a combustibile
Pile a combustibile microbiologiche
Pile al litio
Supercapacitori
ArgomentiArgomenti
Pile primariePile primarie
Batterie = pile primarie non ricaricabili in quanto le reazioni chimiche interne sono
irreversibili
Pile secondariePile secondarie
Accumulatori = pile secondarie ricaricabili in quanto le reazioni chimiche interne sono
reversibili.
Pile a combustibilePile a combustibile
↔+
2 2 2H O H + O↔
Le reazioniLe reazioni
elettrolisiH2O(l) H2(g) + ½ O2(g)
237 kJ
H2O(l)
H2(g) + ½ O2(g)
H2O(l)
Generatore o Pila
H2O(l) H2(g) + ½ O2(g)
H2O(l)
H2(g) + ½ O2(g)
237 kJ
Le reazioniLe reazioni
La pilaLa pila
O2
H2O
H2
e-
H+ H+
e-
A
e-e-
V
membrana cationica
Polo (-) Polo (+)
½ H2(g) → H+(aq) + e- ¼ O2(g) + H+(aq) + e- → ½ H2O(l)
30-50%
50-70%
90-110%
Celle aCombustibile
MacchinaTermica
10-30%
10-20%
MacchinaTermica
60-70%
20-30%
Celle aCombustibile
T∆S = perdita o guadagno
perdita estrinseca
perdita intrinseca
attrito
sovratensioni
Processo Reversibile Processo Irreversibile
RendimentiRendimenti
RendimentiRendimenti
1) Ciclo Termico: Echimica → Etermica → Emeccanica → Eelettrica
2) Celle a Combustibile: Echimica → Eelettrica
IdrogenoIdrogeno
L’idrogeno prodotto è quasi esclusivamente impiegato per usi non-energetici:•Industria chimica•Industria alimentare •Industria metallurgica•Applicazioni elettriche•Industria petrolchimica
2 2 2H O H + O→
IdrogenoIdrogeno
La produzione mondiale annua di idrogeno è di 500 miliardi di Nm3, equivalenti a 44 milioni di
tonnellate
10.0Raffinazione del Carbone
3.4Altre industrie chimiche
24.6Industria petrolifera e petrolchimica
24.0Ossidazione parziale
38.0Steam reforming
IdrogenoIdrogeno
Decomposizione termica diretta (termolisi)
Produzione termochimica (idrolisi con cat.)
Produzione biologica
Produzione fotochimica (fotolisi)
Produzione fotoelettrochimica
Altre forme di produzione
IdrogenoIdrogeno
L' idrogeno prodotto è impiegato per il 95% nell'industria chimica, per produrre ammoniaca,
alcool metilico (metanolo) e prodotti petroliferi; il 5% è invece utilizzato
dall'industria metallurgica per il trattamento dei metalli
ElettrolizzatoreElettrolizzatore
G A[+][-]
V
O2
H2O
H2
e-
H+ H+
e-
H+(aq) + e-→½ H2(g) ½ H2O(l) → ¼ O2(g) + H+(aq) + e-
e- e-
Hydrogen EconomyHydrogen Economy
Hydrogen EconomyHydrogen Economy