Riassunto analitico
Il seguente lavoro di tesi si è incentrato sulla parte di ricerca e sviluppo di un compressore elettrochimico di idrogeno (EHC), ovvero un dispositivo in grado di ricevere in ingresso un flusso ad una determinata pressione e di averlo in uscita ad una pressione maggiore tramite reazioni di ossidoriduzione. Questo particolare compressore si pone di presentare un aspetto importante di innovazione: ovvero la realizzazione secondo una geometria nuova. Questo aspetto innovativo si propone di combinare gli aspetti di elettrochimica tipici di un compressore elettrochimico di idrogeno, con un design compatto e nuovo, che sia in grado di sopportare le alte pressioni che vengono richieste per questa applicazione. Volendo mantenere questo intento, si sono scelti materiali ottimali che potessero essere utilizzati nel compressore: si sono analizzate le funzionalità e le criticità di componenti fondamentali quali catalizzatore e MEA al fine di apportare un efficientamento concreto. È stata ridisegnata anche la struttura degli elettrodi e della membrana a scambio protonico, con lo scopo di minimizzare le perdite di idrogeno dal dispositivo. Allo stesso tempo però si è voluto assicurare una elevata durabilità e resistenza ad ambienti chimici ostili usando materiali tecnologicamente avanzati.
Per avere una conferma anche dal punto di vista sperimentale delle prestazioni dei componenti, si sono effettuate anche prove di laboratorio e test meccanici, che potessero confermare gli studi e le ipotesi fatte su essi. Perciò si sono svolte prove di varia natura: test di trazione sui tessuti per verificarne l’allungamento, prove equi-biassiali per esaminare lo stato tensionale e di estensione della membrana. Si sono condotte anche analisi CFD e FEM per analizzare i flussi di idrogeno e il comportamento della rete metallica in relazione alle pressioni alla quale deve offrire resistenza meccanica. Questo dispositivo si pone come obiettivo quello di essere punto fondamentale in un’ottica futura di decarbonizzazione, in quanto essenziale per l’immagazzinamento e utilizzo dell’idrogeno in vari settori produttivi, incluso quello industriale. Come conseguenza di tale approccio, questo strumento garantisce anche una riduzione di emissioni di gas serra, le quali saranno elemento centrale e fondamentale in ottica transizione energetica futura da combustibili fossili verso fonti rinnovabili. La scelta e lo sviluppo di un nuovo compressore elettrochimico è stata dovuta ai vantaggi che esso comporta. Oltre ad utilizzare un combustibile pulito come l’idrogeno, permette di non avere parti meccaniche in movimento per comprimere il gas, rispetto ai metodi tradizionali di compressione. Il risultato della compressione è rappresentato da un flusso di idrogeno che presenta caratteristiche di fondamentale importanza. Essendo ad alta pressione, si ha un aumento della densità energetica per unità di volume, con la conseguente possibilità di avere uno stoccaggio maggiore di idrogeno allo stato gassoso. Inoltre, potendo presentare impurità nel flusso anodico di ingresso, al catodo si ottiene un gas che presenta una purezza estremamente elevata. Questo risultato fornisce all’idrogeno caratteristiche peculiari che permettono di sviluppare e garantire prestazioni uniche nel suo genere durante il suo utilizzo.
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