Perché lo stoccaggio dell’idrogeno in idruro metallico é importante.

I camion, gli autobus o le auto alimentati a idrogeno sono molto simili alle comuni automobili “elettriche” a batteria che si vedono sempre più spesso ogni giorno. Anche i veicoli a idrogeno sono veicoli elettrici, ma il sistema di alimentazione è in parte diverso: l’idrogeno e l’ossigeno reagiscono all’interno di una cella a combustibile generando l’elettricità che anima un motore elettrico. Mentre i veicoli a batteria traggono energia da batterie agli ioni di litio precaricate, i veicoli alimentati a idrogeno immagazzinano il carburante a bordo, all’interno di serbatoi pressurizzati.

Per una massima densità energetica, l’idrogeno immagazzinato deve essere sottoposto a pressioni fino a 700 bar per poter essere contenuto nello spazio limitato del serbatoio e garantire un’autonomia adeguata. Questi serbatoi devono essere sufficientemente resistenti per sopportare l’alta pressione e devono anche essere impermeabili all’idrogeno per evitare che il gas fuoriesca. Tuttavia, si stanno cercando delle alternative ai serbatoi al fine di evitare problemi di sicurezza legati alla pressione estrema e prevenire sprechi di energia quando si comprime l’idrogeno a simili pressioni.

Il DLR, l’agenzia aerospaziale tedesca di Stoccarda, si occupa di studiare metodi alternativi per immagazzinare l’idrogeno da utilizzare nelle celle a combustibile o nei veicoli. Per lo stoccaggio di idrogeno in serbatoi di idruro metallico, è stato richiesto a Wagner Mess- und Regeltechnik, distributore Bronkhorst, di individuare una soluzione per l’immissione controllata di idrogeno gassoso all’interno del serbatoio, e di misurare l’idrogeno gassoso rilasciato dal contenitore.

Requisiti per l’applicazione

Nei serbatoi di idruro metallico, l’idrogeno viene immagazzinato grazie alle reazioni chimiche reversibili che avvengono tra una lega metallica e l’idrogeno gassoso. L’idruro metallico solido agisce come una spugna in grado di assorbire e rilasciare idrogeno. Per individuare in quali condizioni di processo il carico/scarico di idrogeno risulti più efficace, è necessario misurare e controllare accuratamente i flussi di idrogeno e la pressione di processo. Inoltre, trattandosi di ambienti di ricerca e sviluppo, i setpoint e i valori di misurazione devono essere accuratamente registrati per fini analitici.

Punti fondamentali

  • Controllo del flusso-pressione
  • Riproducibilità
  • Metodo sicuro per conservare l’idrogeno
  • Applicazione a pressione relativamente bassa rispetto al sistema di stoccaggio tradizionale

Soluzione di processo

La soluzione Bronkhorst consiste in una serie di strumenti di misurazione della portata installati all’ingresso e all’uscita del serbatoi di idruro metallico. Per l’immissione dell’idrogeno nell’idruro metallico, vengono utilizzati gli strumenti della famiglia di misuratori di portata IN-FLOW in combinazione con le valvole Vary-P. Per studiare la reazione di stoccaggio, la pressione all’interno del serbatoio di idruro metallico viene mantenuta a un determinato livello.

A tal fine, all’ingresso e all’uscita del serbatoio di idruro metallico, sono presenti regolatori di pressione della serie IN-PRESS, collegati a valvole Vary-P. La valvola parallela all’uscita è una valvola a sfera che permette di ridurre la pressione a quella atmosferica.

Per la comunicazione tra i dispositivi Bronkhorst e la componente di controllo della configurazione e per l’impostazione dei setpoint e la lettura dei parametri misurati, in vista della successiva fase analitica, viene utilizzato il protocollo PROFIBUS-DP.
L’intera configurazione è disponibile anche per aree pericolose ATEX Zona 2.

Schema di flusso

L’obiettivo della ricerca è quello di ridurre la pressione e quindi rendere la gestione dell’idrogeno molto più sicura. In questo ambiente di ricerca vengono utilizzate pressioni fino a 100 bar, ma la pressione di esercizio tipica per funzionamento del serbatoio di idruro metallico è 30 bar. Lo stoccaggio dell’idrogeno è un processo esotermico che necessita che il calore generato venga dissipato. D’altra parte, la reazione di rilascio è endotermica, il che significa che l’idrogeno viene rilasciato solo quando viene fornito sufficiente calore. Questo si traduce nell’inclusione intrinsecamente sicura dell’idrogeno gassoso nel composto di idruro metallico.

DI solito, la variabile di riferimento per la ricerca è rappresentata dalla pressione. All’ingresso del serbatoio di idruro metallico, il regolatore di pressione e il regolatore di portata massica lavorano insieme come un regolatore di flusso-pressione. Quando l’idrogeno viene immesso, le valvole sul lato in uscita vengono chiuse e il carburante comincia ad accumularsi. Quando l’idrogeno viene rilasciato, il lato in ingresso viene chiuso mentre le valvole sul lato in uscita si aprono. Un esperimento completo è un processo sequenziale: prima si introduce l’idrogeno, e poi si verifica quanto è possibile caricarne in determinate condizioni, il grado di stabilità dell’idrogeno immesso nell’idruro metallico e il tasso di riproducibilità del processo. Al momento del rilascio dell’idrogeno, si valuta quanto idrogeno può essere rimosso in determinate condizioni.

La stabilità e la riproducibilità sono aspetti fondamentali anche nel processo di rilascio.

Fonte: DLR Stuttgart – Institut für Technische Thermodynamik

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