Celle a combustibile
Le Fuel Cell rappresentano la sfida del secolo per uno sviluppo sostenibile e razionale delle fonti energetiche, diminuendo i consumi di fonti fossili e inquinamento, supplendo alla crescente domanda energetica. Negli ultimi 40 anni, lo sforzo congiunto di aziende e centri di ricerca ha prodotto numerose varianti (Celle PEM, FAFC, MCFC, SOFC), senza raggiungere gli obiettivi di efficienza e costo necessari allo sviluppo commerciale della tecnologia Fuel Cell.
Le attuali condizioni di mercato richiedono un prodotto in grado di raggiungere efficienze di conversione dell’energia chimica in energia elettrica superiori al 60%, con costi tecnologici inferiori ai 1.000 €/kW.
La soluzione di Genio Srl: Boosted Fuel Cell
La tecnologia BFC nasce per superare efficacemente i limiti all’utilizzo commerciale delle celle ad idrogeno PEM, sia in termini di resa energetica che di costi. Prima di BFC, infatti, nessuna cella era in grado di trasformare energia chimica in energia elettrica con rendimenti superiori al 40%. Questo limite tecnico, unito all’alto costo di produzione delle celle, rendeva la maggior parte delle loro applicazioni economicamente poco interessante.
Genio srl ha risolto il problema, sviluppando una nuova tecnologia, la “Boosted Fuel Cell” (BFC), di cui detiene la proprietà intellettuale (brevetto PCT esteso in Europa, USA, Brasile, Cina).
La BFC rappresenta l’evoluzione della cella ad elettrolita polimerico, anche conosciuta come PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell), fortemente ottimizzata, sino a portarne l’efficienza elettrica, dall’attuale 40%, al 92%!
In linea generale, la tecnologia PEM permette l’ossido riduzione controllata dell’idrogeno e dell’ossigeno in camere separate, finalizzata alla produzione di energia elettrica in forma di corrente continua.
Ma è solo grazie alle importanti innovazioni metodoligiche introdotte da BFC, connesse alle modalità di gestione dei gas, che le celle PEM hanno potuto migliorare enormenmente le proprie prestazioni, sia in termini di efficienza che di durata, e divenire un prezioso alleato per la riduzione dei costi energetici e delle emissioni in atmosfera di CO2.
La BFC è alimentata con idrogeno proveniente dal processo di "reforming" del gas metano. Il “reformer” allo scopo utilizzato viene dimensionato in funzione delle specifiche necessità di processo (generalmente da 1.2 fino a 12.0 Nm3 di H2 per ora) e può essere alimentato, sia con gas metano che con altri combustibili, come biogas, LPG, propano, metanolo, DME (dimetil etere).
Il processo di "reforming" si compone di due fasi successive, riunite in una singola apparecchiatura.
- La prima consiste nell’effetivo "reforming" del metano ed è basata sulla cosiddetta "Steam Reforming Technology" (SR).
- La seconda consiste invece nel processo di "CO Clean-Up“ e può avvalersi di due tecnologie alternative: il "Water Gas Shift" (WGS) ed il "Selective methanation" (SMET).
Il risultato finale del “CO Clean up” consiste nella riduzione del monossido di carbonio entro le 10 ppmv.
Se necessario, il processo di “reforming” può essere preceduto dalla desolforazione del metano, tramite un’unità specifica.
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Fuel processing module |
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Hydrogen capacity |
12,0 Nm 3 /h |
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Total space |
580 x 450 x 1,200 mm (L x W x H) |
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Weight |
140 Kg |
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Fuel |
Natural gas (20 mbar) |
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Electric energy demand |
< 140 W |
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Reformer |
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Size |
1,100 x 450 mm (h x d) |
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Efficiency |
82 % |
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Reformed gas composition |
78% H2, <10 ppm CO, < 2% CH4 150 mbar, 200°C |
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Load range |
1:3 |
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Load following |
30 - 100% in 120 sec |
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Lifecycle |
> 15000 h (designed for 80000 h) |
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Balance-of-plant (bop) |
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Desulfurization |
Exchange interval appr. 5000 h |
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Water supply |
Water pump 24 VDC/0-10 V |
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Burner air supply |
Air insufflation, 24 VDC / 0-10 V - Electrovalve, 1 x 24 VDC, < 10 Watt - Interface: burner control/system control |
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Fuel supply |
3 electrovalves 24 VDC, < 10 Watt |
La tecnologia utilizzata per lo "steam reforming“ è caratterizzata da un’ossidazione senza fiamma che consente l’impiego di una struttura estremamente compatta, con alta densità di combustione ed elevata velocità di trasferimento del calore. Ne risultano bassissime emissioni di NOx ed una stabile funzionalità, anche con l’utilizzo di gas poco calorici.
Il reformer è equipaggiato con uno scambiatore di calore che permette il recupero dell’energia termica derivante dalla combustione. Questa viene infatti utilizzata per pre-riscaldare il metano in ingresso e contestualmente raffreddare i gas di sintesi in uscita.
