Una donna gioca sul pavimento del soggiorno con suo figlio.
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Il riscaldamento a celle a combustibile: funzionamento, requisiti e costi

Thomas Bott

Dai caricatori wireless per smartphone al meccanismo di trazione per navi o camion: in futuro, le celle a combustibile saranno sempre più utilizzate. E già oggi costituiscono una valida alternativa per riscaldare la casa. Il loro funzionamento è un po’ più complesso di altri sistemi di riscaldamento, ed è inoltre necessario soddisfare alcuni importanti requisiti affinché valga la pena investire in questa tecnologia. Scoprite di seguito in cosa consistono i riscaldamenti a celle a combustibile.

Idrogeno: la materia prima per la cella a combustibile

Molti ricorderanno l’idrogeno dalle lezioni di chimica a scuola. Si tratta del gas in cima alla tavola periodica indicato con il simbolo «H». Fa parte di numerosi composti chimici, tra cui probabilmente il più importante per la vita sulla terra: l’acqua (H₂O).

L’idrogeno è anche l’elemento più abbondante nell’universo. Il suo potenziale come fonte di energia è ritenuto altrettanto grande. Ed è proprio questo il potenziale che sfrutta la cella a combustibile. Per quanto futuristica possa sembrare la tecnologia delle celle a combustibile, il principio stesso risale a oltre 180 anni.

Funzionamento: in che modo la cella a combustibile genera energia

In una cella a combustibile vi sono due elettrodi: l’anodo come polo negativo e il catodo come polo positivo, i quali sono collegati con un cavo. Tra di loro c’è un elettrolito con una membrana solida. Affinché una cella a combustibile generi energia, serve un processo chimico. A questo scopo, l’idrogeno viene fornito all’anodo e l’ossigeno al catodo. L’idrogeno viene ora suddiviso in protoni a carica positiva ed elettroni a carica negativa.

Questi elettroni passano dall’anodo al catodo attraverso la conduzione. In questo modo si genera elettricità utilizzabile. Una volta che hanno raggiunto l’altro lato, gli elettroni si legano all’ossigeno. Nel frattempo, gli ioni di idrogeno con carica positiva migrano attraverso la membrana verso il lato del catodo e si legano all’ossigeno. Ciò si traduce in una «combustione a freddo», che produce acqua calda. Il riscaldamento a celle a combustibile utilizza proprio questo calore per riscaldare un edificio.

Diagramma del funzionamento di una cella a combustibile. Gli elettrodi fluiscono dall’anodo al catodo generando quindi corrente. Intanto gli ioni di idrogeno positivi migrano attraverso una membrana elettrolitica verso l’ossigeno, che ora è arricchito con elettrodi, e si combinano con esso. Vengono quindi prodotti calore e acqua.

Mentre la corrente scorre da un elettrodo all’altro, un processo chimico genera calore.

Progettazione e requisiti: a cosa prestare attenzione?

L’apporto di ossigeno non è un problema, dopotutto è sufficiente l’aria circostante. Il rifornimento di idrogeno è un po’ più complesso, poiché il gas non è disponibile ovunque. Per il riscaldamento, quindi, è necessaria una materia prima da cui si possa produrre idrogeno. Attualmente si tratta di gas naturale. Nella casa si deve quindi disporre di un allacciamento al gas naturale. Se questo non è ancora stato installato, vi consigliamo di includerlo nella vostra pianificazione. All’interno del riscaldamento a celle a combustibile, un riformatore estrae l’idrogeno necessario dal gas naturale. In questa fase si producono i gas di scarico per i quali è necessaria una canna fumaria adatta al potere calorifico. Ciò significa che deve essere insensibile all’umidità, resistente alla pressione, alla fuliggine e alla corrosione.

Il principio della cella a combustibile corrisponde a quello della cogenerazione di calore ed energia. Il sistema produce al contempo elettricità e calore. Vale la pena acquistare un serbatoio di accumulo al fine di garantire che quest’ultimo non venga disperso in caso di scarso fabbisogno e sia rapidamente disponibile quando necessario. Questo fornisce alla casa il calore necessario. Non è necessario un circuito di riscaldamento speciale. Il riscaldamento a celle a combustibile funziona con la maggior parte dei sistemi già disponibili.

Poiché il calore generato non è solitamente sufficiente per i mesi invernali, il riscaldamento a celle a combustibile dovrebbe essere combinato a una caldaia a gas a condensazione. Se necessario, quest’ultima utilizza il collegamento esistente. Tuttavia, sul mercato esistono già sistemi ibridi che combinano entrambi i dispositivi in uno solo. Poiché la cella a combustibile è molto silenziosa, può essere installata anche in un seminterrato.

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Il bilancio ambientale del riscaldamento a celle a combustibile

Inevitabilmente, la cella a combustibile produce emissioni di CO₂. Ciò è dovuto principalmente alla produzione dell’idrogeno necessario. Il processo nel riformatore produce il gas serra, che poi passa nell’ambiente attraverso la canna fumaria. In termini di bilancio, tuttavia, la quantità di emissioni di CO₂ prodotta dalla cella a combustibile è notevolmente inferiore a quella di altri sistemi di riscaldamento. Emette circa il 70% in meno di CO₂ rispetto a un vecchio riscaldamento che utilizza esclusivamente combustibili fossili. E questo è possibile anche grazie all’elevata efficienza del riscaldamento a celle a combustibile.

In futuro, tale valore dovrebbe migliorare. Per esempio, l’impiego del solo biogas potrebbe comportare un’ottimizzazione. Se fosse possibile una fornitura diretta di idrogeno, il sistema sarebbe addirittura privo di emissioni a livello locale e forse anche neutro in termini di CO₂. Gli sviluppi futuri in questo settore sono quindi molto interessanti.

Prezzi: quanto costa riscaldare con l’idrogeno?

Il riscaldamento a celle a combustibile comporta elevati costi di acquisizione. Di regola, a seconda del produttore e delle vostre esigenze, vanno calcolati circa 40 000 franchi. Dato che questo sistema non funziona con le energie rinnovabili, in Svizzera non esistono incentivi finanziari. Questo è però un vantaggio a favore di altri sistemi di riscaldamento come la pompa di calore, per la quale sono disponibili interessanti incentivi.

Inoltre, con una cella a combustibile siete vincolati ai prezzi del gas. In caso di fluttuazioni, tutt’altro che insolite, aumentano anche i costi di gestione del riscaldamento a celle a combustibile. Naturalmente, l’alta efficienza e il principio della cogenerazione di calore ed energia attenuano leggermente questo svantaggio. Dopo tutto, con il gas viene generato non solo calore per il riscaldamento, ma anche elettricità e acqua calda.

Anche in assenza di incentivi, la cella a combustibile può ripagarsi dopo soli 10-20 anni. In linea di principio, più energia consumate, prima si ripaga un sistema analogo. Pur potendo vendere l’energia elettrica in eccesso alla rete pubblica, la remunerazione non influisce quasi sul risultato in termini finanziari. Per quanto riguarda la manutenzione, il riscaldamento a celle a combustibile costa circa 500 franchi all’anno.

Celle a combustibile: panoramica dei vantaggi e degli svantaggi

  • Vantaggi
  • Svantaggi
  • Le celle a combustibile forniscono al contempo elettricità, calore per il riscaldamento e acqua calda
  • Elevati costi di acquisizione per un nuovo riscaldamento a celle a combustibile
  • L’efficienza è elevata, poiché il riscaldamento a celle a combustibile è molto efficiente
  • Uso di una materia prima fossile: gas naturale e relative emissioni di CO₂
  • Sostituzione ideale per un vecchio riscaldamento a gas, perché i collegamenti necessari sono già disponibili
  • Le fluttuazioni dei prezzi del gas corrispondono a una minore affidabilità di pianificazione dei costi.
  • Il riscaldamento a celle a combustibile è molto silenzioso
  • Nessun incentivo statale in Svizzera
  • Nel caso ideale, ammortamento già dopo circa un decennio
  • Un bilancio ambientale significativamente migliore di un vecchio riscaldamento a gas

Conclusione: una tecnologia giovane molto promettente

Riscaldamento, elettricità e acqua calda da un’unica fonte: il riscaldamento a celle a combustibile fornisce tutto il necessario in casa. L’alta efficienza è un chiaro vantaggio della tecnica. Tuttavia, esiste ancora un margine di miglioramento, soprattutto per quanto riguarda la materia prima utilizzata, il gas naturale. È difficile giungere a una conclusione generalizzata sull’aspetto dell’efficienza economica. Capire se la cella a combustibile fa al caso vostro dipende in particolare dall’impiego che ne fate. Un’azienda specializzata sarà in grado di fornirvi un calcolo più preciso sulla base dei dati disponibili sul consumo di riscaldamento e di elettricità. Vi consigliamo quindi di optare per una consulenza individuale.

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