La prima linea pilota al mondo che stampa in 3D celle a ossidi solidi
In Catalogna è entrata in funzione una linea pilota che potrebbe cambiare il modo in cui l’Europa produce tecnologie per l’idrogeno. Presso il Catalonia Institute for Energy Research (IREC) è stato inaugurato Merce Lab, un impianto in grado di stampare in 3D dispositivi ceramici avanzati per celle a ossidi solidi (SOC), utilizzate sia come elettrolizzatori sia come celle a combustibile. È presentata come la prima struttura al mondo dedicata alla produzione di queste celle tramite stampa 3D di ceramiche funzionali, con una capacità annua sufficiente ad alimentare dispositivi per circa 2 MW di potenza.
Perché le celle a ossidi solidi interessano così tanto l’Europa
Le celle a ossidi solidi lavorano ad alta temperatura e possono funzionare sia come SOEC (in modalità elettrolisi, per produrre idrogeno) sia come celle reversibili che riconvertono l’idrogeno in elettricità. Questo le rende particolarmente interessanti per lo stoccaggio energetico su larga scala: si accumula energia sotto forma di idrogeno quando la produzione rinnovabile è abbondante, e la si recupera come elettricità nei momenti di picco di domanda. Le efficienze elevate e la possibilità di sfruttare calore di processo le rendono una tecnologia chiave nelle strategie europee per l’idrogeno verde.
Dalla ceramica tradizionale alla stampa 3D
Finora le celle a ossidi solidi sono state prodotte soprattutto con processi ceramici tradizionali: pressatura di polveri, sinterizzazione, applicazione di strati tramite coating, taglio e assemblaggio manuale o semi-automatico. Ogni passaggio introduce vincoli di forma e costi. Con Merce Lab, IREC punta invece su stampa 3D di ceramiche funzionali, basata su fotopolimerizzazione di sospensioni ceramiche (ad esempio zirconia stabilizzata all’ittria) che, dopo la sinterizzazione, danno vita a elettroliti e supporti meccanicamente robusti. Questo permette geometrie più complesse e componenti più compatti a parità di superficie attiva.
Geometrie complesse, celle più compatte e più efficienti
La stampa 3D consente di progettare canali di flusso, strutture corrugate e alveolari che aumentano l’area di reazione interna senza far crescere troppo il volume del dispositivo. Esperienze maturate in progetti europei collegati a IREC mostrano che celle SOC con geometrie corrugate possono superare nettamente le prestazioni di dispositivi planari equivalenti, mantenendo al contempo buona stabilità nel lungo periodo. Merce Lab nasce proprio per trasferire questi concetti “by design” dalla scala del laboratorio a una produzione pre-industriale, con parametri di processo controllati e ripetibili.
Un laboratorio pre-industriale, non solo dimostrativo
Merce Lab è pensato come linea pilota pre-industriale: non una semplice linea dimostrativa, ma un’infrastruttura in grado di produrre moduli completi di celle SOC con volumi e standard vicini a quelli industriali. Sulla base dei target dichiarati, l’obiettivo è spingere il costo dei sistemi verso valori attorno agli 800 €/kW, contribuendo a portare l’idrogeno verde sotto la soglia dei 4 €/kg in contesti favorevoli. In un momento in cui il costo dell’idrogeno rinnovabile è uno dei principali ostacoli alla diffusione, la riduzione dei costi di celle e stack è un tassello fondamentale.
Il ruolo di Tecnopropia e dell’IPCEI Hy2Tech
La linea pilota si inserisce in un contesto europeo più ampio: l’IPCEI Hy2Tech, il grande programma per le tecnologie dell’idrogeno. In particolare, Merce Lab è collegato al progetto Tecnopropia, guidato dalla spagnola H2B2. L’iniziativa mira a sviluppare e industrializzare elettrolizzatori avanzati, inclusi sistemi basati su celle a ossidi solidi. La collaborazione fra IREC, H2B2 e altri partner permette di coprire l’intera catena del valore, dalla ricerca sui materiali ceramici alla progettazione degli stack fino all’integrazione in impianti reali.
Partner industriali e filiera europea
Attorno a Merce Lab opera una rete di partner industriali. La francese 3Dceram porta in dote esperienza e macchine per la stampa 3D di ceramiche ad alta precisione; Nano4Energy contribuisce con rivestimenti sottili per elettrodi e strati barriera; aziende come AMES, Viver Clean Tech e AESA lavorano su componentistica, integrazione di sistema e applicazioni in ambito energia, mobilità e processi industriali. Insieme costruiscono una filiera europea che va dal materiale ceramico fino al sistema di produzione di idrogeno, riducendo la dipendenza da fornitori extra-UE.
L’eredità dei progetti HyP3D, CleanHyPro e SIMP-EL
Merce Lab rappresenta una naturale evoluzione di una lunga serie di progetti europei in cui IREC ha avuto un ruolo di primo piano. Con HyP3D sono state sviluppate celle di elettrolisi ad ossidi solidi ad alta pressione prodotte tramite stampa 3D; con CleanHyPro l’istituto si è concentrato sulla realizzazione di linee pilota per celle di nuova generazione; con SIMP-EL sono stati studiati sistemi di elettrolisi ad alta pressione ottimizzati tramite modellazione numerica. La nuova linea pilota mette a sistema questi risultati in un’unica infrastruttura orientata all’industrializzazione.
Materiali senza materie prime critiche
Un aspetto strategico del lavoro svolto a Merce Lab è l’attenzione alla composizione dei materiali. L’obiettivo è ridurre o eliminare l’uso di elementi critici come cobalto, nichel e terre rare, ricorrendo a combinazioni ceramiche alternative e a design di cella che permettano di mantenere alte prestazioni senza dipendere da metalli costosi e geopoliticamente sensibili. Questo va nella stessa direzione delle politiche europee sulle materie prime critiche e rafforza la resilienza della filiera dell’idrogeno.
Un possibile modello per le fabbriche del futuro
Guardando avanti, Merce Lab può essere letto come un prototipo di fabbrica del futuro per dispositivi elettrochimici: una linea in cui la stampa 3D di ceramiche, la progettazione spinta delle geometrie interne e la riduzione delle materie prime critiche convergono in un’unica infrastruttura. Se i risultati verranno confermati, il modello potrebbe essere replicato in altri hub europei dell’idrogeno. La nascita di nuove aziende – come la spin-off Oxhyd Energy annunciata da IREC – potrebbe accelerare il passaggio dalla fase pilota al mercato, con moduli SOC dedicati ad applicazioni stazionarie e di mobilità.
