Una tecnologia ottimale per i sistemi di celle a combustibile
Anche se la tecnologia della cella a combustibile a ossido solido (SOFC) è ancora immatura in confronto alla tecnologia della cella a combustibile con membrana a scambio protonico e di quella a carbonati fusi, essa potrebbe avere più applicazioni rispetto a queste ultime. La tecnologia SOFC basata su materiali ceramici a costo più basso potrebbe essere competitiva con le tecnologie convenzionali. Delle SOFC con efficienze superiori al 60 % nella produzione di energia elettrica e superiori al 90 % per la cogenerazione di calore ed energia sono possibili. Tuttavia, per ottenere un’ampia penetrazione sul mercato, si deve garantire un’elevata efficienza, oltre ad affidabilità e lunga durata di funzionamento. Il progetto CATION (Cathode subsystem development and optimisation), finanziato dall’UE, è stato avviato per ottimizzare il sottosistema del catodo. Poiché la cella è formata da un catodo, il lato dove l’aria entra e il gas di scarto viene eliminato, da un anodo, e dall’elettrolita a ossido solido tra di essi, questo sottosistema definisce in larga misura l’efficienza elettrica dell’intero sistema SOFC. I partner del progetto si sono concentrati sul miglioramento della fornitura di fluido e sulla gestione termica in aggiunta al sottosistema del catodo, compresi componenti come ad esempio scambiatori di calore, bruciatori e soffiatori. L’obbiettivo era quello di raggiungere un’efficienza elettrica del 55 % e 40 000 ore di funzionamento per un sistema SOFC stazionario da 250 kW. In seguito a un’accurata valutazione delle differenti alternative per il sottosistema del catodo, la modellazione del sistema e un’analisi dell’affidabilità hanno portato a disposizioni modificate per l’eiettore e per la struttura modulare dello stack. Sono stati sviluppati degli strumenti aggiuntivi per ottimizzare il nucleo del recuperatore, e gli scienziati hanno testato nuove idee per il catodo e il bruciatore. Le ricerche hanno indicato le soluzioni più adatte, ossia il ricircolo mediante eiettore e alimentazione dell’aria in serie. L’eiettore del catodo è stato scelto in base alla sua superiorità in molti aspetti fondamentali, come ad esempio la sensibilità alle differenze di qualità dello stack, l’operabilità e la controllabilità. Il sottosistema dell’anodo delle SOFC è stato ottimizzato in parallelo nell’ambito del progetto ASSENT, finanziato dall’UE. Sfruttando l’esperienza con sistemi dimostrativi da 50 kW, i progetti CATION e ASSENT hanno portato a soluzioni che promettono un sistema da 250 kW in linea con gli obbiettivi della politica energetica europea.
Parole chiave
Cella a combustibile, cella a combustibile a ossido solido, SOFC, produzione energia elettrica, sottosistema catodo