Prestazioni potenziate della pila a combustibile grazie a flussi ottimizzati
Negli ultimi 50 anni, le pile a combustibile hanno riscosso sempre più interesse come forma di energia alternativa rinnovabile capace di ridurre la dipendenza dai combustibili fossili e, al tempo stesso, proteggere l'ambiente. È stata rivolta una particolare attenzione alle pile a combustibile a ossidi solidi (SOFC), giustificata dalla loro elevata efficienza, dal basso costo e dalla capacità di avvalersi di più combustibili, nonché dagli ovvi vantaggi ambientali. Grazie all'assenza di parti mobili che le liberano dalle vibrazioni, tali pile eliminano anche l'inquinamento acustico. Tuttavia, la distribuzione non uniforme e non efficiente di flussi di gas reagente, in particolare in condizioni ad elevato utilizzo di combustibile, spesso determina una minore efficienza e prestazioni inferiori. I ricercatori europei, avvalendosi dei finanziamenti del progetto Hydrosofc, si sono proposti di applicare tecniche di modellizzazione semplice della rete di flusso, più economiche in termini computazionali rispetto ai complessi metodi di dinamica dei flussi computazionali (CFD), al fine di indagare sui fattori più importanti che incidono sulla distribuzione del flusso e ne consentono una previsione affidabile. Tali metodi potrebbero fornire l'esattezza che gli ingegneri richiedono in modo più rapido e con migliori capacità di ottimizzazione. Gli scienziati hanno sviluppato tre diversi modelli per simulare una serie di effetti e la relativa importanza nella distribuzione del flusso: un modello semi-tridimensionale (3D) CFD, un modello analitico 2D e un modello idraulico 2D. Hanno stabilito che il funzionamento del blocco sotto carica elettrica (elevato utilizzo di combustibile) determina un incremento della cattiva distribuzione nel caso di configurazioni del collettore con flusso a U (in pratica una conversione a U) in cui il flusso entra ed esce dalla stessa estremità del blocco, rispetto al flusso a Z caratterizzato dal flusso che entra da un'estremità ed esce dall'altra. Secondo i modelli, la cattiva distribuzione è stata determinata dal rapporto di caduta di pressione nei collettori d'entrata e d'uscita del modello alla caduta di pressione nel campo di flusso della pila a combustibile. Misurazioni sperimentali hanno confermato i risultati computazionali e corroborato l'ipotesi di fattibilità del modello idraulico nel calcolo di distribuzione del flusso nel blocco della cella a combustibile, con l'esattezza richiesta per le stime di progettazione ingegneristica. Gli scienziati di Hydrosofc hanno fornito un modello di flusso computazionale semplificato capace di prevedere le cattive distribuzioni di flusso critiche per le prestazioni di SOFC e di superare uno dei principali scogli che finora impedivano di estendere lo sfruttamento commerciale di SOFC.
