Tecnologia

Idrogeno: energia pulita e conveniente

Cos’è l’idrogeno e perché è importante per l’energia pulita?
L’idrogeno è l’elemento chimico più leggero e abbondante nell’universo. Non è una fonte di energia come il sole o il vento, ma può funzionare come vettore energetico: trasporta e rilascia energia quando serve.

Come si produce?
si usa elettricità per dividere le molecole d’acqua (H₂O) in idrogeno (H₂) e ossigeno (O₂). Quando l’elettricità proviene da fonti rinnovabili come il sole, l’idrogeno prodotto si chiama idrogeno verde. Questo processo ha due ingredienti: acqua e luce solare. Niente CO₂, niente inquinamento.

Perché è considerato pulito e conveniente?

Quando si usa l’idrogeno, l’unico “scarto” è acqua
Può essere stoccato e trasportato, al contrario dell’energia solare o eolica che vanno usate subito
È utile per industrie, trasporti e abitazioni

Come si usa l’idrogeno per generare energia?
L’idrogeno può essere “riattivato” per produrre energia grazie a un dispositivo chiamato cella a combustibile. All’interno:

1. L’idrogeno si combina con l’ossigeno
2. Produce elettricità, calore e acqua

È come una piccola centrale elettrica senza fumo o combustione.

Efficienza di una cella a combustibile: circa 60%
Efficienza dell’elettrolizzatore PEM di ultima generazione: circa 75%
Efficienza totale: intorno al 45%

Come viene immagazzinato l’idrogeno?
L’idrogeno può essere compresso e conservato in bombole ad alta pressione. Questo è sicuro grazie a:

Materiali resistenti usati per le bombole
Sensori di idrogeno installati nei punti critici – di norma vicino all’elettrolizzatore e al compressore

Esistono anche tecnologie alternative che permettono di conservare idrogeno in forma solida e in forma liquida.

Come funziona il sistema completo in modo semplice e schematico quindi?

Il sole fornisce elettricità al modulo fotovoltaico
Questa elettricità alimenta un elettrolizzatore PEM
L’elettrolizzatore divide l’acqua in idrogeno e ossigeno
L’idrogeno viene compresso e conservato in bombole
Quando serve energia, l’idrogeno alimenta una cella a combustibile
La cella produce elettricità per case, auto, industrie, senza emissioni

Energie rinnovabili e impianti solari

Cosa sono le Energie Rinnovabili
Le energie rinnovabili sono fonti di energia che si rigenerano in modo naturale e continuo. A differenza dei combustibili fossili (come carbone, petrolio e gas), non si esauriscono e non inquinano. Le principali fonti rinnovabili sono:

Il sole (energia solare)
Il vento (energia eolica)
L’acqua (energia idroelettrica)
La biomassa
Il calore della Terra (energia geotermica)

Cos'è un sistema fotovoltaico
Vista la geografia dell’Italia, il sole è una fonte rinnovabile molto abbondante da nord a sud e pertanto l’energia solare è di particolare interesse nel nostro Paese. Un sistema fotovoltaico trasforma la luce del sole direttamente in energia elettrica. Questo avviene grazie a pannelli solari fotovoltaici, composti da celle in silicio. Quando la luce colpisce queste celle, si genera una corrente elettrica continua, che viene poi convertita in corrente alternata (quella usata nelle case) da un inverter.
In sintesi:

Il sole illumina i pannelli
I pannelli producono elettricità
L’elettricità alimenta luci, elettrodomestici, computer e altro

Cos'è un sistema solare termico
Un sistema solare termico serve invece per produrre acqua calda (non elettricità). Utilizza collettori solari che assorbono il calore del sole e lo trasferiscono a un liquido. Questo liquido scalda l’acqua in un serbatoio. È ideale per:

Bagni e docce
Riscaldamento degli ambienti
Piscine

Come si genera energia elettrica dal sole

La luce solare colpisce i pannelli fotovoltaici
Le celle trasformano la luce in elettricità
L’inverter rende l’elettricità compatibile con le prese domestiche

È un processo pulito, silenzioso e senza emissioni.

Cosa succede all’energia in eccesso
Quando c’è più sole di quanto la casa consumi, l’energia non va sprecata. Viene:

Usata subito (se serve)
Inviata in rete (con il meccanismo dello scambio sul posto)
Oppure, accumulata in batterie al litio

Batterie al litio: in cosa sono utili?

Immagazzinano l’energia solare durante il giorno
La rendono disponibile di notte o nei giorni nuvolosi
Possono alimentare una casa per alcuni giorni, a seconda della capacità

Cos’è un cogeneratore?

Funzionamento in presenza di Luce

Durante le ore di luce del giorno in estate, il sistema di Elf-Tech immagazzina inizialmente l'energia solare prodotta sul tetto nelle batterie.
L'energia solare in eccesso viene trasformata in idrogeno tramite elettrolizzatori e conservata per l'inverno.
Il calore residuo prodotto viene raccolto in serbatoi di acqua calda ed è disponibile per l'uso.
Durante le notti estive, l’utente alimenta la propria casa con l'elettricità immagazzinata nelle batterie.

Funzionamento di notte e/o inverno

In inverno, l'energia solare non è mai sufficiente.
Il modulo di accumulo stagionale di idrogeno del sistema di Elf-Tech garantisce l'approvvigionamento di elettricità necessario alle abitazioni degli utenti.
Le celle a combustibile del sistema trasformano l'idrogeno accumulato in energia elettrica.
In aggiunta, il sistema è in grado di riscaldare le case degli utenti e ridurre o azzerare i costi di riscaldamento.

L’elettrolisi dell’acqua e le celle a combustibile: come si genera e si utilizza l’idrogeno

Introduzione
L’idrogeno è considerato un pilastro fondamentale della transizione energetica verso un futuro sostenibile. Esso può essere prodotto da fonti rinnovabili e utilizzato per generare energia senza emissioni inquinanti. Due tecnologie chiave in questo processo sono l’elettrolisi dell’acqua e le celle a combustibile. Qui di seguito viene spiegato in maniera chiara e dettagliata come funzionano, quali sono le tecnologie disponibili, e qual è il loro ruolo nel sistema energetico moderno.

1. L’elettrolisi dell’acqua: generare idrogeno con energia solare
L’elettrolisi è un processo chimico che utilizza energia elettrica per scomporre l’acqua (H₂O) nei suoi elementi fondamentali: idrogeno (H₂) e ossigeno (O₂). Quando l’energia elettrica necessaria proviene da fonti rinnovabili, come il solare fotovoltaico, l’idrogeno prodotto è chiamato 'idrogeno verde'. Il processo avviene all’interno di un dispositivo chiamato 'elettrolizzatore'. Esistono diverse tecnologie di elettrolizzatori, ognuna con caratteristiche specifiche.

1.1 Elettrolizzatori Alcalini (AWE – Alkaline Water Electrolysis)
Gli elettrolizzatori alcalini sono i più maturi dal punto di vista tecnologico. Utilizzano una soluzione alcalina (generalmente idrossido di potassio, KOH) come elettrolita. Sono affidabili e hanno costi contenuti, ma hanno tempi di risposta più lenti e funzionano bene solo a carichi costanti.

1.2 Elettrolizzatori a Membrana a Scambio Protonico (PEM – Proton Exchange Membrane)
I PEM sono più compatti e rispondono rapidamente ai cambiamenti di carico. Utilizzano una membrana polimerica solida come elettrolita. Sono ideali per applicazioni con fonti rinnovabili variabili (come il solare). Tuttavia, sono più costosi per via dei materiali utilizzati (es. platino).

1.3 Elettrolizzatori ad Ossidi Solidi (SOEC – Solid Oxide Electrolysis Cell)
Questi operano ad alte temperature (700–1000°C), usando ossidi ceramici come elettrolita. Offrono un’efficienza teorica molto alta, soprattutto se integrati in processi industriali dove è disponibile calore. Sono ancora in fase di sviluppo.

1.4 Elettrolizzatori a Membrana Anionica (AEM – Anion Exchange Membrane)
Tecnologia emergente che cerca di unire i vantaggi degli alcalini (costo basso) e dei PEM (reattività veloce), utilizzando membrane che trasportano anioni invece di protoni. Ancora in fase di test e ottimizzazione.

2. Celle a combustibile: trasformare l’idrogeno in elettricità
Una cella a combustibile è un dispositivo elettrochimico che converte l’energia chimica contenuta nell’idrogeno in energia elettrica. Questo processo avviene combinando idrogeno e ossigeno in modo controllato, producendo elettricità, calore e acqua come unico sottoprodotto.

2.1 Come funziona una cella a combustibile?
All’interno della cella:

L’idrogeno (H₂) entra nell’anodo, dove viene separato in protoni (H⁺) ed elettroni (e⁻)
I protoni attraversano una membrana elettrolitica fino al catodo
Gli elettroni viaggiano attraverso un circuito esterno, generando corrente elettrica
Al catodo, protoni, elettroni e ossigeno (O₂) si combinano formando acqua (H₂O)

2.2 Tipi di celle a combustibile
Anche le celle a combustibile si differenziano in base alla tecnologia utilizzata. Le principali sono:

PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell): sono le più diffuse, usate nei veicoli e in ambito domestico
SOFC (Solid Oxide Fuel Cell): lavorano ad alta temperatura e sono adatte per applicazioni stazionarie
PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell): usano acido fosforico come elettrolita, utilizzate in applicazioni stazionarie
MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell): funzionano ad alte temperature e sono usate in impianti industriali
AFC (Alkaline Fuel Cell): una delle prime tecnologie, usata anche nelle missioni spaziali, ma sensibile alla CO₂

3. Confronto tra elettrolisi e celle a combustibile
Il processo completo di produzione e utilizzo dell’idrogeno coinvolge:

Produzione di idrogeno (tramite elettrolisi)
Stoccaggio e trasporto (ad esempio in bombole)
Utilizzo dell’idrogeno per produrre elettricità (tramite celle a combustibile)

Le perdite di efficienza esistono in entrambi i passaggi, ma la flessibilità e la sostenibilità rendono l’idrogeno una risorsa preziosa per il futuro.

Conclusione
L’idrogeno, prodotto attraverso l’elettrolisi e utilizzato nelle celle a combustibile, rappresenta una soluzione concreta per un’energia pulita e sicura. Le tecnologie disponibili oggi sono varie e in continua evoluzione, con margini di miglioramento in termini di costi, efficienza e scalabilità. Integrare questi sistemi con fonti rinnovabili come il solare permette di creare un ciclo virtuoso a zero emissioni. Per affrontare le sfide climatiche globali, è oggi divenuta fondamentale l’adozione di queste tecnologie su larga scala.

L’Idrogeno: accumulo strategico per le energie rinnovabili

L’idrogeno: l’anello mancante per l’energia rinnovabile continua e autosufficiente
Le fonti rinnovabili come il sole e il vento sono pulite, abbondanti e gratuitamente disponibili, ma hanno una caratteristica che le rende difficili da usare in modo continuo: sono intermittenti. Il sole non splende di notte e il vento non soffia sempre. Per questo motivo, anche le case e le comunità alimentate da energia solare o eolica hanno bisogno di accumuli energetici affidabili.

Perché l’idrogeno è l’anello mancante?
L’idrogeno, prodotto in eccesso quando c’è molta energia solare o eolica, può essere immagazzinato per giorni, settimane o mesi. Questo lo rende il complemento perfetto per le energie rinnovabili. A differenza delle batterie tradizionali, che si scaricano rapidamente e sono pensate per l’uso quotidiano, l’idrogeno può essere conservato a lungo senza perdere la sua capacità energetica.

Accumulo stagionale: energia d’estate per l’inverno
Durante i mesi estivi, la produzione di energia solare è molto elevata, spesso superiore ai consumi quotidiani. Un sistema dotato di elettrolizzatore (che trasforma l’elettricità in idrogeno) può produrre idrogeno durante l’estate, quando l’energia è abbondante e a basso costo. Questo idrogeno può essere stoccato in serbatoi di sicurezza e usato durante l’inverno o nei lunghi periodi nuvolosi, quando la produzione rinnovabile è scarsa.

Una casa autosufficiente grazie all’idrogeno
Installando un sistema integrato con:

Pannelli fotovoltaici
Elettrolizzatore PEM
Serbatoio per l’idrogeno
Cella a combustibile

una casa può diventare totalmente autosufficiente, producendo, accumulando e consumando energia tutto l’anno.

L’idrogeno è sicuro anche in grandi quantità
Al contrario di ciò che si pensa, l’idrogeno è molto sicuro se gestito con le tecnologie moderne:

I serbatoi ad alta pressione sono costruiti con materiali resistenti e testati
I sistemi sono dotati di sensori intelligenti che rilevano eventuali fughe e intervengono immediatamente
Le normative europee e internazionali garantiscono standard elevatissimi di sicurezza

Inoltre, è bene sapere che l’idrogeno non è tossico, è più leggero dell’aria e si disperde rapidamente in caso di fuga, riducendo i rischi.

Una rete domestica o di quartiere
La produzione e lo stoccaggio di idrogeno non riguarda solo la singola abitazione. Quartieri, condomini o piccoli villaggi possono condividere un sistema centralizzato per:

generare idrogeno dai pannelli solari comuni
accumulare in un unico punto sicuro
usarlo per elettricità e riscaldamento nei mesi freddi

Questa soluzione permette una gestione energetica intelligente, scalabile e cooperativa.

Conclusione: l’idrogeno dà continuità e libertà energetica
L’idrogeno permette di rompere la dipendenza dai combustibili fossili, assicurando:

Continuità energetica anche in inverno o con maltempo
Sicurezza dell’approvvigionamento
Possibilità di vivere off-grid (senza allaccio alla rete)
Indipendenza energetica vera, anche su scala collettiva

Quando viene integrato in un sistema con fonti rinnovabili, l’idrogeno diventa il ponte tra l’energia di oggi e quella di domani, rendendo finalmente realizzabile un uso incondizionato, stabile e completo delle energie rinnovabili.

Libertà energetica e democrazia energetica: un legame strategico

Libertà energetica: cosa significa?
La libertà energetica è la capacità di una persona, una famiglia o una comunità di produrre, gestire e consumare energia in modo indipendente dalle grandi reti centralizzate o dai combustibili fossili. Questo avviene grazie a tecnologie accessibili e rinnovabili come:

pannelli solari
batterie per accumulo
sistemi di produzione e stoccaggio di idrogeno

È una forma di autonomia concreta, che permette di proteggersi da rincari del mercato, interruzioni della rete, crisi geopolitiche legate alle fonti fossili.

Democrazia energetica: definizione e valori
La democrazia energetica è un concetto un po' più ampio e afferma che tutti dovrebbero avere il diritto e la possibilità di partecipare attivamente alla produzione e al controllo dell’energia. Non solo consumatori, ma anche produttori, decisori, co-gestori. Questo significa:

accesso equo all’energia pulita
coinvolgimento della comunità nelle scelte energetiche
modelli cooperativi e condivisi (es. comunità energetiche)
decentralizzazione delle infrastrutture

Come si collegano?
La libertà energetica è lo strumento mentre la democrazia energetica è il fine. Quando un cittadino o una comunità ha tecnologie per produrre energia (come il solare + idrogeno), diventa libero. Ma quando queste tecnologie sono diffuse, condivise e gestite in modo collettivo, nasce la democrazia energetica. In questo scenario:

L’energia non è più un privilegio o un monopolio
Le decisioni non sono più imposte dall’alto
Ogni cittadino può essere parte attiva del cambiamento

Un esempio concreto
Immagina un villaggio o un quartiere in cui:

ogni tetto ha pannelli solari,
l’energia viene accumulata (anche sotto forma di idrogeno),
gli abitanti decidono insieme come gestire gli impianti,
i profitti dell’energia in eccesso tornano alla comunità.

Questa è libertà energetica + democrazia energetica: una società più giusta, autonoma e resiliente.

Approfondimenti su ELF-TECH

Elettrolizzatore PEM ad alta efficienza per impianti residenziali

Il modulo elettrolizzatore a Membrana a Scambio Protonico (PEM) utilizza una membrana in Nafion e elettrodi in metalli nobili per separare l’acqua in idrogeno e ossigeno con rendimenti fino al 75%. Grazie alla sua rapida risposta alle variazioni di potenza, è perfetto per integrare la produzione fotovoltaica domestica. Il design modulare permette di scalare il sistema da piccole utenze fino a installazioni multiabitazione mantenendo bassa manutenzione e alta affidabilità.

Cella a combustibile PEM per generazione elettrica e termica

La cella a combustibile a Membrana a Scambio Protonico converte l’idrogeno immagazzinato in energia elettrica con efficienze fino al 65%, restituendo anche calore di scarto recuperabile per il riscaldamento domestico. Il sistema include un’unità di gestione termica che ottimizza il bilancio energetico complessivo dell’abitazione e riduce i consumi termici tradizionali. Grazie al basso profilo acustico e alla modularità, si integra facilmente in cantine o locali tecnici.

Stoccaggio di idrogeno ad alta pressione in bombole composite

L’idrogeno prodotto viene compresso fino a 350 bar e immagazzinato in serbatoi realizzati con materiali compositi avanzati, dotati di sensori intelligenti per monitoraggio continuo di pressione e temperatura. Questo accumulo stagionale consente di immagazzinare energia solare estiva per l’utilizzo nei mesi invernali, garantendo autonomia anche in caso di lunghi periodi di scarsa irradiazione. Le bombole sono certificate secondo le normative ADR per garantire massima sicurezza in uso residenziale.

Elettrolisi residenziale plug-and-play per idrogeno verde

Il sistema di elettrolisi residenziale integra un elettrolizzatore PEM compatto con un inverter bidirezionale: l’energia solare autoprodotta alimenta direttamente la cella di elettrolisi, minimizzando le perdite di conversione. L’unità è pre-assemblata e “plug-and-play”, con connessioni rapide per acqua deionizzata e rete elettrica. Grazie al controllo digitale, è possibile programmare la produzione di idrogeno negli orari di maggior surplus, ottimizzando l’autoconsumo e riducendo i picchi di prelievo dalla rete.

Sistemi stand-alone off-grid per energia indipendente

Le soluzioni stand-alone combinano pannelli fotovoltaici, elettrolizzatore, serbatoi di idrogeno e fuel cell in un’unica architettura isolata dalla rete. Un controller intelligente gestisce i flussi energetici bidirezionali tra elettricità e idrogeno, garantendo continuità anche in completa modalità off-grid. Ideali per ogni tipo di casa indipendente, comunità eneregetica o azienda energivora, i sistemi ELF-TECH assicurano autonomia totale e possono essere configurati con un impianto di accumulo ad idrogeno erogante fino a 1600 Kwh di energia, facendo quindi fronte ai carichi domestici più critici e alle richieste energetiche di aziende medio-piccole.

Modulo CHP a idrogeno per efficienza superiore all’85%

Il modulo CHP (Combined Heat and Power) utilizza una fuel cell a idrogeno per generare contemporaneamente energia elettrica e calore utile, raggiungendo un’efficienza complessiva fino al 95%. Il calore recuperato può essere veicolato nell’impianto di riscaldamento o per la produzione di acqua calda sanitaria, riducendo drasticamente i costi energetici. La gestione integrata consente di massimizzare l’utilizzo delle risorse rinnovabili e di minimizzare gli sprechi termici.

Microreti isolate con accumulo a idrogeno per quartieri intelligenti

Le microreti isolate (o “isole energetiche”) sfruttano un sistema centralizzato di produzione e stoccaggio di idrogeno alimentato da pannelli solari e turbine eoliche condivise. Ogni quartiere o condominio può gestire in maniera cooperativa la generazione, l’accumulo e la distribuzione elettrica, ottimizzando i consumi collettivi. Questo modello aumenta resilienza, sicurezza dell’approvvigionamento e democrazia energetica su scala locale.

Impianti domestici di produzione energetica

Un impianto residenziale di produzione energetica non si limita a elettrolizzatore e fuel cell, ma include l’intero Balance-of-Plant (BoP): inverter bidirezionali, compressori, sistemi di raffreddamento, filtri dell’acqua deionizzata, pannelli di controllo e moduli di comunicazione. Questa infrastruttura integrata garantisce il corretto flusso di materia ed energia tra fotovoltaico, modulo di elettrolisi, serbatoi di idrogeno e cella a combustibile, offrendo elevata efficienza operativa e semplicità di manutenzione

Infrastrutture energetiche smart a idrogeno per abitazioni ed imprese

Le infrastrutture energetiche per uso residenziale includono la smart-grid locale, i sistemi di scambio sul posto e i dispositivi di gestione carichi (Demand Side Management). Attraverso contatori bidirezionali e protocolli di comunicazione standard, è possibile ottimizzare la produzione solare, l’elettrolisi e il prelievo dalla rete, massimizzando l’autoconsumo e minimizzando i costi di rete. L’integrazione con Home Energy Management System (HEMS) garantisce reportistica real-time e automazione delle fasce orarie meno costose.

Sistemi energetici indipendenti per autonomia totale

Un sistema energetico indipendente off-grid combina produzione solare, elettrolisi, stoccaggio di idrogeno e fuel cell in un’architettura isolata dalla rete elettrica (sistema energetico ad isola). Il controller centrale gestisce in modo dinamico i flussi di energia e gas, attivando la produzione di idrogeno solo in caso di surplus e ripristinando l’alimentazione elettrica tramite fuel cell nei periodi di bassa irradiazione. Grazie alla batteria agli ioni di litio facente anche funzione tampone, i carichi critici (illuminazione di sicurezza, pompe, frigoriferi) restano garantiti anche in completa modalità isola.