È obiettivo comune quello di perseguire nuovi sistemi energetici che utilizzino combustibili a bassa emissione di anidride carbonica al fine di ridurre il rischio di inquinamento ambientale, in particolare il cosiddetto "effetto serra".

Lo sforzo mondiale è quindi volto alla ricerca di nuove tecnologie che sfruttino combustibili ad elevata efficienza e basso impatto ambientale.

In questo scenario si inserisce lo sviluppo delle celle a combustibile, che utilizzano l’idrogeno prodotto da vari combustibili quali GPL, gas naturale, metanolo ed altri.

Diversi sono i tipi di celle che possono essere impiegate, a seconda delle loro diverse caratteristiche ed applicazioni: si pensi per esempio alle celle ad acido fosforico, ad elettrolita polimerico, a carbonati fusi e ad ossidi solidi.

Le celle a combustibile – anche dette pile a combustibile – sono generatori elettrochimici, costituite da due elettrodi, uno positivo (catodo) ed uno negativo (anodo) come qualsiasi altra pila.

La sostanza elettrolitica ivi contenuta trasmette ioni di idrogeno (H+), mentre nel circuito esterno della pila migrano gli elettroni che costituiscono la corrente elettrica prodotta dalla pila stessa.

Giunti al catodo (+), gli elettroni si combinano agli ioni dell’idrogeno ed all’ossigeno, dando luogo a vapore acqueo, in qualità di prodotto secondario della reazione chimica.

Un aspetto da non sottovalutare è che l’idrogeno necessario per il funzionamento delle celle non si trova libero in natura, bensì deve essere prodotto da uno speciale dispositivo detto "reformer" che utilizza allo scopo diversi combustibili.

Lo sforzo della ricerca è ad oggi tutto mirato all’abbattimento dei costi di produzione delle celle a combustibile, in modo da renderle effettivamente commercializzabili; a questo si affianca la necessità di ottimizzare il funzionamento dei reformer, al fine di rendere il sistema di produzione dell’idrogeno sempre più ecologico.

CELLE AD ELETTROLITA POLIMERICO

Indicate con l’acronimo PEFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell) sono utilizzate per la trazione e potenze inferiori a 250 kW.

Allo scopo usano come elettrolita una membrana polimerica ad elevata conducibilità protonica; funzionano a temperature comprese tra 70 e 100°C.

CELLE AD ACIDO FOSFORICO

Indicate con l’acronimo PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell) sono utilizzate per applicazioni residenziali con potenze comprese tra 100 e 200 kW.

Come elettrolita utilizzano una soluzione concentrata di acido fosforico; operano a temperature intorno a 200°C.

CELLE A CARBONATI FUSI

Indicate con l’acronimo MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell) sono adatte alla generazione di energia elettrica con potenze che possono raggiungere decine di MW.

L’elettrolita è costituito da una soluzione di carbonati alcalini fusa contenuta in una matrice ceramica porosa; operano a temperature di 650°C.

CELLE AD OSSIDI SOLIDI

Indicate con l’acronimo SOFC (Solide Oxide Fuel Cell) sono adatte alla generazione di energia elettrica con potenze che possono raggiungere decine di MW.

Utilizzano come elettrolita una speciale ceramica costituita da ossido di zirconio drogato con ossido di ittrio; operano a temperature di circa 1000°C.