Laboratorio di Ricerca Energia – Ravenna Presentaz… · TECNOPOLO TALKS Il Tecnopolo della...
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TECNOPOLO TALKS Il Tecnopolo della provincia di Ravenna si racconta Sala Nullo Baldini, Ravenna 26 Settembre 2013 “Programma pilota per lo sviluppo sperimentale di tecnologie ad idrogeno per i primi mercati e la decarbonizzazione” Laboratorio di Ricerca Energia – Ravenna
Transcript of Laboratorio di Ricerca Energia – Ravenna Presentaz… · TECNOPOLO TALKS Il Tecnopolo della...
TECNOPOLO TALKSIl Tecnopolo della provincia di Ravenna si racconta
Sala Nullo Baldini, Ravenna 26 Settembre 2013
“Programma pilota per lo sviluppo sperimentale
di tecnologie ad idrogeno per i primi mercati
e la decarbonizzazione”
Laboratorio di Ricerca Energia – Ravenna
AgendaAgenda
Scenario
Attività di Ricerca
Applicazioni Industriali
Case-study
Prossimi passi
Laboratorio Energia CNR
OR2: Sistemi di generazione mobile e stazionaria alimentati a idrogeno
OR4: Stazione di prova per combustori, separatori e riutilizzo della CO2
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BACKGROUNDnecessità a tutti i livelli di produzione energetica di ridurre le emissioni di gas serra
celle a combustibile
a Membrana Polimerica (PEMFC)
1 durata
Applicazione Durabilità (anno)
Portatile (<250W) 900 Wh L-1 (2015)
Trasporto (20-250 kW) 5000 ore (2017)
Micro CHP (5kW) 60000 ore (2020)
Medio CHP (100kW-3MW) 80000 ore (2020)
settore: trasporto mobile e
applicazioni stazionarie
2 riduzione dei costi (ob. DOE 2015 $30/kW per mobile)
Obiettivi DOE (US departement of Energy)
Problematiche industriali da affrontare:
unità di potenza
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ATTIVITÀ DI RICERCA
OR2: Sistemi di generazione mobile e stazionaria alimentati a idrogeno
Obiettivi:
Realizzazione di uno studio inerente i sistemi a celle a combustibile per
applicazioni in sistemi di trasporto di primo mercato, sia terrestre che navale
Garantire una piattaforma tecnologica unica, in grado di permettere possibili
applicazioni di mercato in grado di garantire una produzione sufficiente ed
effettuare investimenti nell’automazione della produzione con il conseguente
abbattimento dei costi di produzione
Sede: CNR-ISTEC, via Granarolo 64 Faenza
Personale coinvolto: 1 persona (assegno di ricerca)
Inizio delle attività: Luglio 2011
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ATTIVITÀ DI RICERCA
OR4: Stazione di prova per combustori, separatori e riutilizzo della CO2
Obiettivi:
Progettazione di una stazione di prova/demo integrata con combustori,
separatori e riutilizzo della CO2, attraverso un processo algale
La diversificazione della produzione energetica richiederà da una parte
l’utilizzo di fonti energetiche rinnovabili e dall’altra l’ottimizzazione dei processi
tradizionali di combustione dei combustibili fossili con annessi processi
di separazione, sequestro e riutilizzo della CO2
Sede: CNR-ISTEC, via Granarolo 64 Faenza
Personale coinvolto: 1 persona (assegno di ricerca)
Inizio delle attività: Luglio 2011
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APPLICAZIONI INDUSTRIALI
OR2: Sistemi di generazione mobile e stazionaria alimentati a idrogeno
analisi approfondita dei sistemi PEMFC (realizzazione di una review in merito)
� costi principali catalizzatore a base di Platino
soluzioni
� leghe di Platino (Pt-Co,Pt-Ni,
Pt-Fe,Pt-V)
� altri metalli come Rutenio e
Palladio
� catalizzatori organici
� durabilità
componente con le maggiori criticità: Membrana Assemblata (MEA)
degradazione della MEA fenomeno del “crossover”:
-riduzione efficienza della cella
-perdita di idrogeno (combustibile)
-riduzione durabilità
crossover influenzato da:
�temperatura
�pressione
�umidità
� analisi elettrochimiche
� analisi morfologiche della MEA
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APPLICAZIONI INDUSTRIALIOR2: Sistemi di generazione mobile e stazionaria alimentati a idrogeno
caratterizzazione stack PEMFC
acquisizione di curve i-V e di potenza (sistema NEXA,40 celle reffreddate ad aria T 70-80°C,p 1,6bar)
proprietà del sistema in condizioni reali
Approccio CNR-TECNOPOLO ai veicoli a Fuel Cell
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a
2. L’INTRODUZIONE DELLE FC NEL MERCATO AUTOMOBILISTICO:
a. CONFIGURAZIONE RANGE EXTENDER e non TOTAL FUEL CELL
b. Utilizzo delle FC nelle applicazioni a flotte (bus urbani, car sharing, car
pooling). In queste applicazioni I limiti delle batterie sono più evidenti rispetto
ai veicoli privati
1. I VEICOLI ELETTRICI (BASATI SOLO SULLE BATTERIE) HANNO 2 GRANDI LIMITI:
a. Ridotta autonomia (bassa capacità delle batterie)
b. Tempi di ricarica troppo lunghi (6-8 h) con lunghi periodi di inattività del veicolo
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3. L’IMPIEGO DI UNA FC DI PICCOLA TAGLIA, FINALIZZATA ALL’INCREMENTO
DELL’AUTONOMIA, COMPORTA DIVERSI VANTAGGI RISPETTO ALLA CONFIGURAZIONE
TOTAL FC:
a. Costi ridotti per il FC system
b. Meno idrogeno da stoccare a bordo (riduzione dei pesi e dei costi)
c. Incremento dell’autonomia rispetto allo stesso veicolo in configurazione puramente
elettrica
d. Minori tempi di ricarica (le batterie non si scaricano totalmente alla fine del ciclo di
lavoro)
e. Realizzazione di prodotti competitivi in termini di costi con conseguente facilità di
introduzione sul mercato automobilistico
Approccio CNR-TECNOPOLO ai veicoli a Fuel Cell
Il concetto di flotte per veicoli a Fuel Cell
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MOTIVAZIONI TECNICHE
Autonomia (h o km)
Veicoli Elettrici
Convenzionali
Bassa: Funzione della
capacità delle batterie
Veicoli Ibridi a FC
Alta: Funzione della
quantità di H2stoccato a
bordo
Tempi di ricarica Circa 6-8 h Pochi minuti (come
benzina)
Numero di veicoli
(impiegati nella flotta)
Molti : Funzione dei tempi
persi per la ricarica delle
batterie
Inferiore: la maggiore
autonomia riduce quasi a
zero i tempi persi per la
ricarica delle batterie
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Il concetto di flotte per veicoli a Fuel Cell
MOTIVAZIONI ECONOMICHE
Capitale iniziale
(for future perspectives)
Alto: Funzione del numero
di veicoli
Ridotto: In quanto il
numero di veicoli è
inferiore
Costi di manutenzione
Alti: Proporzionale al
numero di veicoli (in qs
caso elevato)
Ridotti : Proporzionale al
numero di veicoli (in qs
caso inferiore).
Veicoli Elettrici Convenzionali Veicoli Ibridi a FC
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Il concetto di flotte per veicoli a Fuel Cell
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Arrivando allo stesso valore finale di SoC (20%) la configurazione HEV consente di incrementare il range di autonomia di circa il 40% rispetto alla configurazione puramente elettrica
20%
12h
45min
18h
10min
Incremento del
40%
Il concetto di flotte per veicoli a Fuel Cell
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@WORKCase-study: applicazione PEMFC come unità di potenza in carrelli elevatori
Analisi del tessuto produttivo provinciale caso studio: azienda Montini (Cotignola)
Bingo Plus serie N
Ballard modelli 9 SSSL Needstack modelli HP
PlugPower
Problemi:
-bilanciamento del peso complessivo
(unità elettriche aggiuntive)-sicurezza idrogeno
possibili soluzioni PEMFC (confronto potenza e peso):
Vantaggi:
-riduzione tempi di ricarica (<5minuti) = aumento produttività
-produzione di idrogeno in situ (da fonti rinnovabili)
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@WORK
Case-study: applicazione PEMFC elettrolizzatori per la produzione di idrogeno
Progetto MHYBUS Autobus per il trasporto pubblico
a miscela idrogeno/metano
Produzione della miscela:sostituiti con idrolizzatore PEMFC
alimentato con rinnovabili
� ulteriore riduzione emissioni CO2
� produzione di idrogeno in situ
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PROSSIMI PASSI
OR2: Sistemi di generazione mobile e stazionaria alimentati a idrogeno
� testing in condizioni reali di funzionamento (cicli di lavoro carrello elevatore)
� sistemi ibridi PEMFC/batteria
� studio di nuovi materiali per ridurre i costi
� incrementare la durabilità delle celle
OR4: Stazione di prova per combustori, separatori e riutilizzo della CO2
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WIND PLANT
SHIP CHARGING
Electr
ic Vehic
les
charg
ing
Electr
ic Vehic
les
charg
ing
ELECTRIC VEHICLES CHARGING
PROSSIMI PASSI
CNR-TECNOPOLO-REGIONE- AUTORITA’ PORTUALE
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CONTATTI
• Vincenzo Antonucci (CNR-ITAE, responsabile scientifico Laboratorio Energia)
• Alessandra Sanson (CNR-ISTEC, responsabile attività Laboratorio Energia)
• Nicola Sangiorgi (assegnista CNR, laboratorio Energia)
• [email protected] (tel. 0546/699743)
• [email protected] (tel. 0546/699742)
