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Sistemi di Produzione Idrogeno per Celle a Combustibile

Sistemi di Produzione Idrogeno per Celle a Combustibile

25 Febbraio 2021 Scritto da Sistemi Idrogeno 141
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Sistemi di Produzione Idrogeno per Celle a Combustibile

La problematica della riduzione dell'inquinamento prodotto dai veicoli a combustione interna durante la loro marcia, particolarmente nel ciclo urbano, è sicuramente connessa sia con una maggiore efficienza di tali motori, che con l'ottimizzazione dei sistemi di abbattimento dei principali inquinanti. L'approccio verso un veicolo con emissione zero passa, obbligatoriamente, attraverso i veicoli elettrici: una delle soluzioni tecnologiche, che sembra poter offrire le migliori prospettive, è quella che si propone di utilizzare motori elettrici alimentati da celle a combustibile. Nell'attesa che un valido sistema di accumulo di idrogeno on-board possa svilupparsi compatibilmente con le infrastrutture capaci di distribuirlo nel rispetto della sicurezza e della massima efficienza, attualmente è necessario che l'idrogeno sia prodotto a bordo o, in alternativa, che sia prodotto localmente in apposite stazioni di rifornimento, da combustibili più facilmente accumulabili ed in grado di utilizzare le infrastrutture esistenti. Pertanto, uno dei fattori chiave per la penetrazione nel mercato dei sistemi a celle a combustibile risiede certamente nelle problematiche collegate alla generazione dell'idrogeno partendo da un combustibile tradizionale. L'attività svolta dall'ITAE nel settore del "Fuel Processor" per celle a combustibile ha come obiettivo lo sviluppo di unità di generazione idrogeno in grado di superare gli attuali limiti della tecnologia dello steam reforming degli idrocarburi. La soluzione proposta è basata sulla reazione di ossidazione parziale e/o su reazioni autotermiche di idrocarburi, che permette di superare i limiti sopra esposti ottenendo reattori più compatti ad elevate rese di trasformazione. In particolare, l'ITAE ha sviluppato una unità di generazione di idrogeno, denominata HyGen1,della potenza equivalente di 2 kW elettrici, utilizzante idrocarburi leggeri, compatibile con l'utilizzo di Celle a Combustibile Polimeriche, unico prototipo di questo genere esistente in Italia. L'unità è costituita da tre sotto-sistemi: reattore principale di reforming autotermico, reattore di shift, reattore di abbattimento del monossido di carbonio, in modo da ottenere un gas ricco in idrogeno e dalle caratteristiche tali da poter essere utilizzato in integrazione con celle a combustibile polimeriche. L'unità è dotata di scambiatori di calore, per la gestione dell'energia termica sviluppata, e di un sistema integrato di controllo e gestione. L'ITAE ha selezionato, e sviluppato, i catalizzatori atti alle varie reazioni succitate, ha identificato le condizioni operative ottimali, ha sviluppato i reattori ed ha elaborato lo schema strumentato dell'impianto.
Altri Prototipi sviluppati e basati sulla tecnologia di reforming sono : Hygen II - Prototipo di Generatore di Idrogeno da Propano (GPL) ) progettato e realizzato per una produzione massima di idrogeno di 8,5Nm3/h, basato sui processi di reforming autotermico e di Clean-up del CO (Water Gas Shift, Ossidazione Preferenziale) finalizzato alla produzione di syngas e/o all'integrazione con sistemi di celle a combustibile ad elettrolita polimerico per applicazioni residenziali.
DSR1 : Prototipo per la produzione di syngas per l'alimentazione di celle SOFC (1kW) per applicazioni navali (APU).
I risultati ottenuti da questa attività sono di interesse applicativo per le industrie nazionali ed internazionali impegnate nello sviluppo di sistemi di celle a combustibile per applicazioni sia stazionarie che mobili. L'interesse scientifico ed industriale per tale tipologia di generatori di idrogeno è sempre crescente, ed i progetti di R&D sui generatori di idrogeno, all'interno dell'Istituto CNR/TAE, sono stati finanziati mediante progetti nazionali del MIUR, del MICA, di industrie private e nell'ambito dei Programma Quadro dell'Unione Europea.

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