Oggi le e-bike devono essere caricate tramite la rete elettrica. Se la Powerpaste si imporrà, potremo portare con noi l’elettricità sotto forma di cartucce nel cestello della bici. Foto: Tages-Anzeiger/Urs Jaudas
Noch müssen E-Bikes am Stromnetz geladen werden. Falls sich die Powerpaste durchsetzt, kann der Strom als Kartusche im Velokörbchen mitgeführt werden. Tages-Anzeiger/Urs Jaudas
Una Powerpaste potrebbe presto rivoluzionare completamente la produzione di elettricità a partire dall’idrogeno. La geniale scoperta dell’istituto Fraunhofer rende superflui i serbatoi e non inquina l’ambiente.
Eine Powerpaste könnte die Revolution bei der Stromproduktion aus Wasserstoff einläuten. Die geniale Erfindung des Fraunhofer-Instituts macht Tankstellen überflüssig und belastet die Umwelt kaum.
Sembra una tecnologia fantascientifica alla «Star Trek»: si prende una cartuccia, la si infila nell’apposita apertura, la si avvita brevemente e voilà si accendono le luci; l’astronave con motore a curvatura è pronta alla partenza. Suona come qualcosa appartenente ad un futuro lontano e invece è già a portata di mano. Non il motore a curvatura ma la cartuccia con il pieno di energia.
L’invenzione si chiama Powerpaste ed è stata sviluppata dal centro per la ricerca sulla tecnologia a idrogeno dell’istituto tedesco Fraunhofer (IFAM). A un’altra divisione dello stesso istituto dobbiamo il formato audio standard MP3 e allo stesso modo anche la Powerpaste è musica per le orecchie di chi vede il futuro dell’energia non nelle batterie ma nell’idrogeno.
Un principio geniale
La pasta risolve numerosi problemi allo stesso momento. Elimina la necessità di una rete di serbatoi di idrogeno. La cartuccia occupa poco spazio e può essere trasportata ovunque, anche in zone isolate. Gli elevati standard di sicurezza richiesti per immagazzinare l’idrogeno, altamente esplosivo, non sono più necessari. Al contrario delle batterie, non deve essere smaltita: come sottoprodotto resta solo idrossido di magnesio, una sostanza non tossica utilizzata anche nell’industria alimentare. E come reagente serve solo acqua di qualsiasi grado di durezza, anche l’acqua di mare dovrebbe andare bene.
Il principio è geniale: la cartuccia con la pasta viene infilata in un generatore di idrogeno. Da un serbatoio viene quindi prelevata l’esatta quantità di acqua necessaria per coprire il fabbisogno di elettricità. La pasta reagisce con l’acqua rilasciando idrogeno. Questo viene subito diretto in una cella a combustibile PEM (cella a combustibile con membrana a scambio protonico) che trasforma l’idrogeno in elettricità.
Ecco dove si nasconde l’energia: quando la pasta contenente idrossido di magnesio viene a contatto con l’acqua, rilascia idrogeno che viene quindi trasformato in elettricità nelle celle a combustibile. Foto: Istituto Fraunhofer IFAM
Costi di produzione ridotti
Da un chilo di idrogeno possono essere prodotti 1,6kWh di elettricità e servono quindi dieci chili di pasta. Secondo un white paper dell’istituto Fraunhofer, con questa tecnologia sarebbe possibile alimentare apparecchi con un fabbisogno di elettricità tra i 100 watt e i 10kW. La Powerpaste ha dieci volte la capacità di una batteria agli ioni di litio e una densità energetica maggiore della benzina. Con la Powerpaste, un guidatore potrebbe percorrere almeno la medesima distanza che percorrerebbe con la stessa quantità di benzina.
La pasta non perde inoltre la carica nel tempo. Le temperature ridotte o elevate non sono un problema: solo al di sopra dei 250°C la pasta si disgrega. La trasformazione in elettricità non provoca rumori. I costi dovrebbero inoltre essere contenuti: secondo le stime, un chilogrammo di pasta dovrebbe costare circa 2 euro.
La pasta non è ancora pronta per essere immessa sul mercato. A fine 2021, l’istituto aprirà un impianto pilota che produrrà quattro tonnellate di pasta ogni anno. Anche l’utilizzo della pasta per le auto è ancora materia di studi futuri. L’istituto Fraunhofer menziona tuttavia numerosi altri campi di utilizzo: per produrre energia elettrica in campeggio, per i generatori di emergenza, per i cantieri, per gli impianti di sorveglianza o per alimentare droni, e-bike e altri veicoli elettrici leggeri. L’unico mezzo che non viene menzionato nel white paper sono le astronavi.
Disegno sperimentale per un generatore di elettricità con cartucce Powerpaste e celle a combustibile da 100 watt. Foto: Istituto Fraunhofer I^FAM.
Es klingt wie eine Sci-Fi-Technologie aus «Star Trek»: Man nehme eine Patrone, schiebe sie in eine dafür vorgesehene Aufnahme, eine kurze Drehung der Kartusche – und plötzlich geht das Licht an; das Raumschiff inklusive Warp-Drive erwacht zum Leben. Was klingt, wie etwas aus einer fernen Zukunft, steht tatsächlich vor der Tür. Nicht der Warp-Drive, sondern die Kartusche, gefüllt mit einer Menge Energie.
Das Ganze nennt sich Powerpaste und wurde am Zentrum für Wasserstofftechnologie des deutschen Fraunhofer-Instituts IFAM entwickelt. Aus einer anderen Abteilung des Instituts stammt übrigens der MP3-Audio-Standard. Die Powerpaste ist Musik in den Ohren jener, die die Zukunft der Energiegewinnung nicht in Batterien, sondern im Wasserstoff sehen.
Geniales Prinzip
Die Paste löst nämlich mehrere Probleme gleichzeitig: Dank ihr braucht es kein Netzwerk von Wasserstoff-Tankstellen. Die Kartusche nimmt wenig Platz ein und kann überallhin transportiert werden, selbst in abgelegene Gegenden. Hohe Sicherheitsvorkehrungen, um den hochexplosiven Wasserstoff zu tanken, sind auch nicht notwendig. Batterien müssen ebenfalls nicht entsorgt werden: Als Nebenprodukt entsteht lediglich ungiftiges Magnesiumhydroxid, das auch in der Nahrungsmittelindustrie verwendet wird. Und als Reaktionsstoff dient Wasser jeden Härtegrades – auch Meerwasser soll funktionieren.
Das Prinzip ist genial: Die Kartusche mit der Paste wird in einen Wasserstoffgenerator geschoben. Aus einem Wassertank kommt exakt die Menge Wasser hinzu, die es für den Strombedarf benötigt. Die Paste reagiert mit dem Wasser, daraus entsteht Wasserstoff. Dieser wird sofort in eine sogenannte PEM-Brennstoffzelle (Polymer-Elektrolyt-Zelle) geleitet, die den Wasserstoff in Strom umwandelt.
Hier steckt Energie drin: Kommt die Paste mit Magnesiumhydrid-Wasser in Kontakt, entsteht Wasserstoff, der in einer Brennzelle zu Strom umgewandelt wird. Fraunhofer-Institut IFAM
Tiefe Produktionskosten
Aus einem Kilogramm Wasserstoff können 1,6 kWh Strom gewonnen werden, dafür benötigt es zehn Kilogramm Paste. Laut einem White Paper des Fraunhofer-Instituts können mit der Technologie Geräte mit einem Strombedarf von 100 Watt bis 10kW betrieben werden. Die Powerpaste hat die zehnfache Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien und eine höhere Energiedichte als Benzin. Ein Fahrer würde mit der Paste mindestens die gleiche Reichweite schaffen wie mit der gleichen Menge Benzin.
Ausserdem kann sich die Paste nicht selbst entladen. Tiefe oder hohe Temperaturen können ihr nichts anhaben, erst bei über 250 Grad Celsius würde sie sich zersetzen. Bei der Umwandlung zu Strom entsteht kein Lärm. Ausserdem soll sie günstig sein: Ein Kilogramm Paste soll auf geschätzt zwei Euro zu stehen kommen.
Noch ist die Paste nicht marktreif. Am Institut wird Ende 2021 eine Pilotanlage eröffnet, die jährlich vier Tonnen Paste produziert. Auch ist die Paste für Autos noch Zukunftsmusik. Dafür nennt das Fraunhofer-Institut andere Anwendungsbereiche: als Stromlieferant beim Camping, für Notstromaggregate, auf Baustellen, für Überwachungsanlagen, in Drohnen, in E-Bikes und anderen leichten elektrischen Vehikeln. Nur von Raumschiffen ist im White Paper nicht die Rede.
Versuchsanordnung eines Stromgenerators mit eingelegter Powerpaste-Kartusche und 100-Watt-Brennstoffzelle. Fraunhofer-Institut FIAM.
