Una tecnologia sicura ed economica eroga idrogeno ai veicoli a celle a combustibile
Le stazioni di rifornimento di idrogeno sono l’elemento chiave di ogni catena di distribuzione dell’idrogeno come combustibile, agendo come l’interfaccia tra vari concetti possibili di fornitura dell’idrogeno e i veicoli degli utenti finali. La funzione centrale delle stazioni di rifornimento a idrogeno è la compressione economica, efficiente e affidabile, nonché il buffering dell’idrogeno ad alta pressione con l’obiettivo di distribuirlo. L’attuale tecnologia di compressione è meccanica ed era stata originariamente sviluppata per gli ambienti industriali, dove il funzionamento è stabile e vengono rispettati requisiti di manutenzione definiti con precisione. L’utilizzo di tale tecnologia nelle stazioni di rifornimento, dove l’operazione è discontinua e la supervisione limitata, aumenta i costi e le problematiche di affidabilità.
Un nuovo approccio
Il progetto H2REF, finanziato dall’UE, ha affrontato questa funzione di compressione e buffering per il rifornimento di veicoli di trasporto passeggeri a celle a combustibile a idrogeno per far progredire un nuovo processo di compressione e buffering. «Ciò si basa sull’impiego di accumulatori idropneumatici, che forniscono una soluzione più affidabile ed economica pur continuando a offrire una prestazione nettamente migliorata», afferma Frederic Barth, coordinatore del progetto. Il consorzio ha cercato di sviluppare e validare una nuova soluzione per il rifornimento di veicoli leggeri basati su idrogeno gassoso, incentrata sull’utilizzo di un accumulatore a sacca elastico per l’esecuzione della compressione e del buffering dell’idrogeno. «L’erogazione di idrogeno a veicoli leggeri implica, oltre alla compressione, il buffering, perché l’idrogeno ad alta pressione deve essere accumulato prima dell’erogazione. In realtà, effettuare la compressione richiesta solo quando l’erogazione è in corso non sarebbe conveniente», spiega Barth. I partner del progetto hanno esaminato la funzione di compressione e buffering per il rifornimento di veicoli per il trasporto passeggeri da 70 MPa (700 bar). Ciò ha coinvolto tutte le attività necessarie per far progredire un nuovo sistema di compressione e buffering basato sull’idraulica che sia estremamente economico e affidabile, dal livello 3 di maturità tecnologica (concetto dimostrato sperimentalmente) al livello 6 (tecnologia dimostrata in un ambiente pertinente).
Sfide superate
La progettazione del processo ha richiesto che fossero affrontate numerose sfide principali. «Ad esempio, non erano mai stati sviluppati prima d’ora accumulatori a sacca che operano alle pressioni elevate richieste per l’erogazione di idrogeno (fino a 900 bar) e la grande apertura necessaria per la sostituzione della camera d’aria ha reso il processo particolarmente difficile», osserva Barth. Inoltre, il materiale (gommoso) dell’elastometro che costituisce l’accumulatore a sacca può essere gravemente danneggiato dall’idrogeno assorbito dal materiale, attraverso il suo rilascio all’interno del materiale quando la pressione viene diminuita. I ricercatori hanno pertanto testato i materiali dell’elastometro per identificare quelli capaci di resistere alle condizioni operative. L’idrogeno permea inoltre nell’olio idraulico attraverso le pareti della camera d’aria. «Il funzionamento di un sistema idraulico attraverso l’idrogeno era un processo completamente nuovo e doveva essere trovata una soluzione per mantenere la sicurezza in tali condizioni», commenta Barth. «H2REF ha dimostrato che le sfide tecniche associate a questo approccio potevano essere superate attraverso la fornitura di un processo completamente sviluppato, nonché un sistema prototipo industriale containerizzato e su vasta scala installato e valutato con successo in un funzionamento ad anello chiuso». Grazie alla propria scalabilità, la nuova combinazione di tecnologie mature (idraulica e accumulatori) sviluppata da H2REF è potenzialmente rivoluzionaria nell’affrontare i requisiti di durabilità e capacità dell’erogazione di idrogeno per applicazioni su veicoli sia leggeri che pesanti, aiutandoli ad arrivare sul mercato. «La conoscenza acquisita consentirà un successivo sviluppo che si concentri sull’ottimizzazione dei componenti, sulla progettazione per la produzione e la manutenzione, sull’ulteriore dimostrazione e sullo sviluppo di una gamma di prodotti per stazioni di rifornimento di diverse dimensioni, portando così questa innovazione sul mercato», conclude Barth.
Parole chiave
H2REF, idrogeno, compressione, buffering, rifornimento, accumulatori, veicolo a celle a combustibile, accumulatore a sacca
