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Le celle a combustibile possono convertire l'energia chimica direttamente in energia elettrica e hanno una struttura semplice, simile a quella di una batteria. Esse si compongono di celle comprendenti a loro volta due elettrodi (anodo e catodo) separati da un elettrolita. Su un elettrodo viene convogliato idrogeno (H2), sull'altro ossigeno (O2). Nella cella, l'idrogeno e l'ossigeno si combinano tra loro trasformandosi in acqua (H2O), mentre dagli elettrodi fluisce corrente continua. Nel contempo si genera calore, che può essere sfruttato o venire disperso attraverso un radiatore. Visto che ogni singola cella produce una modesta tensione elettrica, le celle vengono collegate in sequenza ovvero impilate. L'impilamento di celle forma il cosiddetto "stack" (o "pila"). Il sistema permette di evitare le diverse fasi di trasformazione dell'energia, come ad esempio nel caso di un motore a combustione o di un generatore (energia termica, meccanica e elettromagnetica). Le celle a combustibile costituiscono pertanto dei sistemi di trasformazione dell'energia altamente efficienti.
Le celle a combustibile possono essere impiegate nei modi più svariati: come propulsori di veicoli, per l'approvvigionamento energetico fisso o ancora per l'alimentazione di piccoli apparecchi elettronici.
Da anni le celle a combustibile sono considerate una delle tecnologie del futuro. Tuttavia è ancora necessario molto lavoro nel campo della ricerca e dello sviluppo in questo settore. Gli svantaggi principali di questi sistemi sono la breve durata di vita, il prezzo elevato degli stack e i costi per la preparazione del combustibile.
I Politecnici federali e i loro istituti di ricerca (PFZ, PFL, PSI, LPMR), nonché le diverse scuole universitarie professionali, sono gli enti che si occupano maggiormente di ricerca nel campo delle celle a combustibile. Oltre agli istituti di ricerca pubblici, anche le aziende private si occupano sempre di più dello sviluppo e dell'applicazione di impianti pilota.
Il programma di ricerca dell'UFE Pile a combustibile rafforza il ruolo di questi centri di competenza, che sono riuniti in una rete. Esso ha inoltre reso possibile lo sviluppo di prototipi per il mercato come le celle a combustibile portatili (Powerpac) o i propulsori per veicoli leggeri (SAM) o per le barche (Hydroxy). Dal canto suo, l'Istituto Paul Scherrer ha sviluppato, in collaborazione con il gruppo francese Michelin, il veicolo HY-LIGHT, il cui motore alimentato a celle a combustibile ha suscitato interesse a livello internazionale.
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