I settori dei trasporti e della generazione di energia uniscono le forze per accelerare lo sviluppo delle celle a combustibile
La creazione di sinergie tra questi due mercati non concorrenti comporta vantaggi, sia in termini di aumento del volume di produzione che di riduzione dei costi per rendere le celle a combustibile competitive rispetto alle tecnologie attuali. Il progetto AutoRE, finanziato dall’UE, «ha aperto la strada ai sistemi di celle a combustibile di nuova generazione per la generazione combinata di calore ed elettricità per edifici commerciali e industriali», afferma il coordinatore Greg Kelsall.
Il primo prototipo di unità a celle a combustibile a una gamma di potenza intermedia è una realtà
Il team AutoRE ha costruito e testato un prototipo di sistema di generazione combinata di calore ed elettricità a celle a combustibile da 50 kWe. Esso comprende un contenitore per celle a combustibile inclusivo di una cella a combustibile a membrana a scambio protonico proveniente dal settore automobilistico, un serbatoio per la produzione di idrogeno che contiene reattori per reforming alimentati a gas naturale e scambiatori di calore, unitamente a un’unità di assorbimento a pressione oscillante e vasche di compensazione di gas di coda/idrogeno. La convalida ha dimostrato che il prototipo non era in grado di funzionare come sistema completamente integrato. Di conseguenza, il progetto si è concentrato sullo sfruttamento di numerosi componenti del sistema in grado di ridurre i costi e di aumentare la durata e l’efficienza. Questi sono il reformer alimentato a gas naturale, la cella a combustibile per derivati automobilistici e il separatore di idrogeno a membrana. Il collaudo del prototipo di sistema ha comunque fornito ai partner del progetto alcune lezioni chiave apprese. Per i progetti futuri, sarebbe meglio ridurre la pressione operativa del reformer. Ciò consentirà di utilizzare materiali standard evitando problemi di corrosione, quindi di pressurizzare il prodotto di reforming in una fase del processo che segue il reattore principale. Nei sistemi futuri, se si potesse implementare un metodo per la pulizia del prodotto di reforming che riduca significativamente le fluttuazioni di pressione ed elimini la necessità di immagazzinare idrogeno e gas di sintesi, il rischio di esplosione potrebbe essere significativamente ridotto. Ciò semplificherà i requisiti di autorizzazione e conformità normativa di un sito. Il rischio di esplosione sarebbe ridotto rimuovendo i serbatoi stessi e, cosa più importante, riducendo significativamente il volume di gas immagazzinato nel sistema in qualsiasi momento. Rimuovendo i carichi associati all’assorbimento a pressione oscillante e le valvole automatiche di sicurezza su ciascuna tubazione di ingresso e uscita si ridurrebbero anche i carichi parassiti sul sistema. Queste valvole di intercettazione sono necessarie per impedire lo svuotamento dei serbatoi durante una perdita. Per i progetti futuri, i partner raccomandano inoltre di limitare al minimo lo stoccaggio di gas e di utilizzare raccordi a tenuta stagna durevoli ove possibile.
La modellizzazione mostra la via da seguire
I membri del team hanno eseguito un’estesa modellizzazione sul prototipo per migliorare il sistema in futuro. Ciò è stato fatto per la configurazione di riferimento e per i futuri miglioramenti nella progettazione, come la sostituzione dell’assorbitore di oscillazione della pressione con un sistema selettivo basato su membrana. Sulla base della modellizzazione, è possibile raggiungere l’obiettivo di efficienza elettrica del 47 %. Riducendo il carico sulla cella a combustibile all’interno del sistema, è possibile ottenere entrambi gli obiettivi di carico elettrico e termico rispettivamente del 90 % e del 43 %. «Riunendo per la prima volta in Europa sviluppatori di sistemi di celle a combustibile per auto e stazionari i, tale cooperazione accelererà ulteriormente lo sviluppo delle celle a combustibile», conclude Kelsall. «È una situazione vantaggiosa per le celle a combustibile per autoveicoli».
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