L'idea di una casa in grado di produrre il proprio idrogeno è stata ventilata su Intertubes per un po' di tempo. Sarebbe lecito pensare che i pannelli solari siano coinvolti in qualche modo, ma i ricercatori belgi hanno tracciato un percorso diverso. I loro pannelli generano idrogeno gassoso invece di elettricità.
Si chiama pannello a idrogeno
CleanTechnica ha individuato per la prima volta il concetto di casa a idrogeno nel 2008, quando i ricercatori del Regno Unito hanno lanciato un progetto finalizzato alla diffusione delle celle a combustibile a idrogeno per uso domestico.
Proprio nello stesso periodo Scientific American ha preso nota dell'innovatore del New Jersey Mike Strizki, che era già passato al passo successivo. Strizki ha attrezzato una casa esistente con pannelli solari montati a terra e un sistema di elettrolisi, che ricava idrogeno dalla semplice acqua del rubinetto. L'organizzazione no-profit di Strizki, Hydrogen House, è un centro educativo (un giorno visitatela).
Nel 2020, l'azienda californiana SoCal Gas ha alzato la posta in gioco annunciando l'intenzione di dimostrare il concetto di casa a idrogeno su una casa LEED platinum di 2.000 metri quadrati costruita in fabbrica e dotata di pannelli solari, una batteria, un elettrolizzatore per H2 verde e una cella a combustibile.
Anche i ricercatori belgi hanno sviluppato un sistema che sfrutta l'energia solare e i loro pannelli assomigliano a quelli solari, ma sono diversi. La ricerca e lo sviluppo sono iniziati come un progetto studentesco presso la storica università belga KU Leuven e stanno procedendo sotto l'ombrello dello spinoff Solhyd, guidato dal professor Johan Martens della KU Leuven. Egli ha parlato di questa differenza nel corso di un'intervista rilasciata nel 2019.
"Un pannello solare converte l'energia solare in elettricità, mentre il nostro pannello converte l'umidità dell'aria in idrogeno gassoso", ha spiegato Martens. "La luce solare fa parte del quadro, naturalmente, e il nostro pannello assomiglia a un pannello solare, ma noi preferiamo chiamarlo pannello a idrogeno".
Come funziona?
Martens non ha rivelato molto durante l'intervista, poiché le domande di brevetto del team sono ancora in fase di elaborazione. Tuttavia, sembra proprio che sia in gioco una reazione fotoelettrochimica. Se avete qualche idea in proposito, scriveteci nel thread dei commenti.
Le celle fotoelettrochimiche non producono elettricità come le celle fotovoltaiche. Si comportano piuttosto come una foglia artificiale, producendo idrogeno attraverso una reazione chimica diretta in acqua, innescata dalla luce solare.
Il contributo della KU Leuven è un approccio completo che utilizza il vapore acqueo dall'aria ambiente. In questo modo si elimina la necessità di progettare un sistema di approvvigionamento idrico, anche se Martens ha notato che questo lascia ancora molto spazio ad altre sfide.
"Le temperature su un pannello solare possono raggiungere facilmente i 50 o addirittura i 70 gradi Celsius, il che non aiuta quando si lavora con il vapore acqueo", ha detto. "Inoltre, come si fa a creare un sistema che funzioni sotto la pioggia battente e in situazioni in cui l'umidità è molto bassa? La sfida più grande, in altre parole, è l'aspetto della gestione dell'acqua".
Il team di Sohlyd non si aspetta che i pannelli a idrogeno sul tetto forniscano energia sufficiente per alimentare un'intera casa tutto l'anno, ma nell'intervista del 2019, il co-leader della ricerca Tom Bosserez ha dichiarato che 20 pannelli potrebbero fornire abbastanza idrogeno per alimentare una pompa di calore per una casa adeguatamente isolata durante un tipico inverno belga. Ha inoltre osservato che l'aggiunta di pannelli solari convenzionali e di un collettore solare termico consentirebbe a una casa di soddisfare l'intero fabbisogno energetico durante tutto l'anno.
Arriva la casa a idrogeno
Il progetto Solhyd si sta avviando alla fase di commercializzazione e sul sito web di Solhyd si possono trovare ulteriori informazioni sulla tecnologia.
"Il pannello a idrogeno è in grado di catturare l'umidità dall'aria e di utilizzare l'energia del sole per scindere le molecole d'acqua in idrogeno e ossigeno, utilizzando materiali innovativi", spiega Solhyd. "Il dispositivo contiene solo materiali abbondanti e a basso costo ed è escluso l'uso di metalli preziosi".
La questione dei materiali abbondanti e a basso costo suggerisce che i materiali organici sono in gioco. Questo può sorprendere, ma i ricercatori hanno iniziato a smontare gli ostacoli che hanno impedito l'uso di semiconduttori organici nella scissione fotoelettrochimica dell'acqua. Un esempio è uno studio pubblicato sulla rivista Nature lo scorso anno. A quanto pare, il progetto Solhyd ha lavorato su una strada simile.
Al momento in cui scriviamo, il team di Solhyd ha costruito solo 10 prototipi di pannelli a idrogeno, ma finalmente ha a disposizione finanziamenti sufficienti per fare grandi passi in breve tempo. Lo scorso settembre Solhyd si è trasferita in una nuova sede vicino alla città di Leuven. Il piano iniziale prevede la produzione di "alcune decine" di pannelli a idrogeno da utilizzare in progetti pilota. Il prossimo passo sarà quello di accelerare notevolmente i tempi.
"Queste strutture possono ospitare la produzione di centinaia e persino migliaia di pannelli a idrogeno. Ciò è stato possibile grazie ai finanziamenti del governo fiammingo, che hanno sostenuto lo sviluppo e l'installazione di una linea di produzione pilota", osserva Solhyd.
E ora, l'angolo dell'agrivoltaico
Il team di Solhyd sta già guardando ad altre applicazioni, e l'agrivoltaico ha fatto la sua breve lista.
CleanTechnica ha speso molto inchiostro sul tema dell'agrivoltaico, in cui le colture vengono coltivate sotto e intorno ai pannelli solari che sono sollevati di qualche metro dal suolo rispetto a un tipico impianto a terra. Gli sforzi iniziali si sono concentrati sui pascoli e sugli habitat degli impollinatori. Più recentemente, ricercatori e agricoltori stanno dimostrando la tecnica su colture alimentari e uva da vino.
Solyhyd sottolinea che i suoi pannelli a idrogeno potrebbero essere applicati nello stesso modo.
"Si può usare il solare fotovoltaico, ma i pannelli a idrogeno sono altrettanto adatti. Utilizzando solo l'1% della superficie agricola belga per l'agrivoltaico, sarebbe sufficiente sostituire il 9% del consumo di gas industriali con l'idrogeno verde", osservano.
L'angolo fotovoltaico potrebbe contribuire ad accelerare la produzione commerciale di Solhyd. Oltre alle applicazioni energetiche, gli agricoltori potrebbero utilizzare l'idrogeno dei pannelli per produrre il proprio fertilizzante verde ammoniaca.
Il team di Solhyd applicherà i suoi pannelli al progetto di sostenibilità Transfarm, lanciato di recente dalla KU Leuven, che mira a stimolare l'emergente bioeconomia circolare.
"Il nuovo centro di ricerca sostiene i ricercatori nella messa in scala delle innovazioni nel campo della bioeconomia e della bioingegneria, dalle competenze di laboratorio alla scala pilota, al fine di portare questi nuovi metodi sul mercato e introdurli più rapidamente nella società", spiega Transfarm.
Transfarm è l'ultima iterazione di un centro di ricerca agricola del 1920. Nella sua nuova veste, il centro dispone di 6000 metri quadrati di pannelli solari, pompe di calore e controlli delle emissioni per il bestiame, il tutto con l'obiettivo di dimostrare metodi di coltivazione privi di fonti fossili.