Fuel Cells Teoria ed applicazioni in ambito mobile e stazionario - Fabio V. MATERA Istituto di Tecnologie Avanzate per l'Energia "Nicola Giordano" ...

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FUEL CELLS
    Teoria ed
  Applicazioni

Convegno AEIT
       Catania
   09/02/2018
                 Fuel Cells
                 Teoria ed applicazioni in ambito mobile e stazionario

                 Fabio V. MATERA
                 Istituto di Tecnologie Avanzate per l’Energia “Nicola Giordano”
                 Consiglio Nazionale delle Ricerche
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Elettrolisi e Celle a combustibile

 FUEL CELLS      •   L’elettrolisi è l’operazione di produzione di H2 e O2 dalla separazione della
    Teoria ed        molecola d’acqua usando una fonte di energia elettrica (DC). Quindi consuma
  Applicazioni       energia elettrica e acqua e produce H2, O2 e calore.
Convegno AEIT
       Catania   •   Una fuel cell opera la funzione inversa: produce energia elettrica (DC) dalla
   09/02/2018
                     reazione tra H2 eO2. Quindi consuma H2 e O2 e produce energia elettrica, acqua
                     e calore.
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Breve cronistoria dell’H2 e delle FC
                 •   Inventata da W. Grove – 1839
 FUEL CELLS      -   Casualmente causò la “elettrolisi inversa” (= fuel cell)
    Teoria ed
  Applicazioni   -   1932, Ing. Francis Bacon migliora la progettazione della cella e
                     dei materiali (Ni invece del Pt, H2 and O2) (definita “Bacon
Convegno AEIT        Cell”)
       Catania
   09/02/2018    -   1959: Bacon dimostra una saldatrice alimentata a FC da 5kW

                 •   H2 per i dirigibili e come “gas di città” (CO+H2)
                 -   ZEPPELIN (City of Hindenburg incident) (1937)

                 •   NASA: ’60 (AFC) and ’90 (PEFC-AFC)
                 -   7 kW x 3 - energia, acqua potabile e calore
                 -   Missioni Gemini, Apollo, Space Shuttle (AFC)
                 -   Più di 200 progetti finanziati e investimenti per 1.000.000.000
                     USD in oltre 30 anni sulle FC
                 •   1999: prima stazione di rifornimento aperta al pubblico
                     (Germania)
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FUEL CELLS (FC)

 FUEL CELLS      •   Le FC sono dispositivi elettrochimici di conversione diretta dell’energia di un
    Teoria ed        combustibile in energia elettrica, senza trasformazioni intermedie quali ad es. i
  Applicazioni       cicli termici
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       Catania   •   Il calore prodotto è impiegabile nella cogenerazione (CHP - combined heat and
   09/02/2018
                     power)

                 •   Caratteristihe principali: alta efficienza di conversione (50-70%), prossima al
                     90% in unità CHP

                 •   I sistemi a FC vengono riforniti (
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Aspetti fondamentali delle fuel cells
                 •   Forte legame con la protezione ambientale e le fonti rinnovabili di energia
 FUEL CELLS          (RES)
    Teoria ed         –   H2 prodotto per elettrolisi da RES zero emissioni, uso indoor
  Applicazioni
                      –   Bassissime emissioni acustiche, assenza di organi in movimento
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                 •   Modulari
                      –   Come le batterie, possono essere assemblate in stack e gli stack in array
                      –   Ideali per la generazione distribuita

                 •   Efficienti
                      –   L’efficienza aumenta a carico parziale, alla potenza massima è circa 50%

                 •   Tecnologia flessibile
                      –   Ampia varietà di combustibili
                      –   Manutenzione semplice
                      –   Materiali riciclabili e componenti in ampia parte riutilizzabili
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Classificazione per elettrolita

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Classificazione per applicazione

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    Teoria ed                                   Droni (AUV, UUV, ecc.)
  Applicazioni
                                   Portatili    Alimentatori portatili
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       Catania            AFC                   Equipaggiamento trasportabile
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                          PEFC
                          DAFC                  Aerospace
                  FUEL
                          PAFC     Trasporti    Automotive, veicoli elettrici
                  CELLS
                                                Marine (navi, sottomarini)
                          MCFC

                          SOFC                  Off-grid (1-10 kW)

                                  Stazionaria   Generazione distribuita

                                                Centrali
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Scelta della tecnologia

 FUEL CELLS      •   L’evoluzione tecnologica ha “selezionato” le tecnologie più promettenti
    Teoria ed        (normalmente sulla base dei costi e dell’applicazione richiesta)
  Applicazioni

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       Catania   •   Oggi le tecnologie disponibili sul mercato sono tre:
   09/02/2018        PEFC, SOFC e MCFC

                 •   La scelta dipende normalmente dai seguenti fattori:
                      – Applicazione (stazionaria, connessa alla rete, su microrete o ad isola,
                        trasporti, portatile, marina, aerospaziale)
                      – Taglia di impianto (MW – kW – W)
                      – Combustibile (distribuito in rete, rifornimento localizzato o autoprodotto
                        localmente dalle risorse disponibili)
                      – Limiti di emissione (i.e. CO2)
                      – Durata e investimenti richiesti (orizzonte temporale)
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Principio di funzionamento (PEFC)

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MEA

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Piatto bipolare

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PEFC components

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Impilamento di celle singole = STACK

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Curva caratteristica

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Caratteristica elettrica I-V (polarizzazione)

 FUEL CELLS
    Teoria ed
                                                                   Polarizzazione di riferimento
  Applicazioni   1,00
                                                                    y = 0,5216x6 - 3,3999x5 + 8,4934x4 - 10,215x3 + 5,9846x2 - 1,7449x + 0,9324
                                                                                                                                                  100,0%

                                                                                                   R² = 0,99562
Convegno AEIT    0,90                                                                                                                             90,0%
                                                                                       y = -0,0394x5 + 0,0885x4 - 0,0926x3 - 0,1896x2 + 0,8128x
       Catania                                                                                              R² = 0,99962
   09/02/2018    0,80                                                                                                                             80,0%

                 0,70                                                                                                                             70,0%

                 0,60                                                                                                                             60,0%    Vc V/cella

                                                                                                                                                           P (W)
                 0,50                                                                                                                             50,0%
                                                                                                                                                           effic. (%)

                                                                                                                                                           Poli. (Vc V/cella)
                 0,40                                                                                                                             40,0%
                                                                                                                                                           Poli. (P (W))

                 0,30                                                                                                                             30,0%

                 0,20                                                                                                                             20,0%

                 0,10                                                                                                                             10,0%

                 0,00                                                                                                                             0,0%
                        0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 1,40 1,50 1,60 1,70 1,80 1,90 2,00
The “engineer way" to read a I-V chart

 FUEL CELLS                                                                      Expanded single cell performance chart
    Teoria ed                                 1                                                                                                                                       100%
  Applicazioni                                                                                                                          V      P(W)    V (orig)          eta
                                             0,9                                                                                                                                      90%
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       Catania                               0,8                                                                                                                                      80%
   09/02/2018
                                             0,7                                                                                                                                      70%
                 Voltage (V) and Power (W)

                                             0,6                                                                                                                                      60%

                                                                                                                                                                                             Efficiency
                                             0,5                                                                                                                                      50%

                                             0,4                                                                                                                                      40%

                                             0,3                                                                                                                                      30%

                                             0,2                                                                                                                                      20%

                                             0,1                                                                                                                                      10%

                                              0                                                                                                                                       0%
                                                   0,00   0,10   0,20   0,30   0,40   0,50   0,60     0,70     0,80       0,90   1,00   1,10    1,20   1,30       1,40         1,50

                                                                                                Current density (A/cm2)
Calcolo dell’efficienza

                 In condizioni non reversibili, non standard ed a circuito chiuso si può calcolare molto
 FUEL CELLS      semplicemente dalla seguente:
    Teoria ed
  Applicazioni                Vcella           V
                 ε = 0.83 ⋅            = 0.83 ⋅ cella = 0.675 ⋅Vcella
Convegno AEIT                 V ideale         1.229
       Catania
   09/02/2018

                 In questa ultima espressione, il primo termine rappresenta il massimo rendimento teorico in
                 condizioni standard. In condizioni reali, a T=80°C ed usando aria al posto dell’ossigeno, il
                 potenziale reversibile è pari a circa E = 1.16 V. In questo caso si avrebbe:

                              Vcella
                 ε = 0.83 ⋅          = 0.716 ⋅Vcella
                              1.16

                 Da quanto detto si può concludere che:
                 L’efficienza di una cella a combustibile è tanto più alta quanto più è bassa la
                 potenza erogata rispetto alla potenza massima erogabile.
Caratteristica delle celle a combustibile
                 effetto della temperatura

 FUEL CELLS
    Teoria ed
  Applicazioni
                 •   Un aumento di temperatura peggiora il rendimento massimo teorico, ma
                     migliora notevolmente la cinetica e la reattività chimica della cella. Quindi si
Convegno AEIT        tende ad operare a temperature più alte di quelle standard.
       Catania
   09/02/2018
Air system
                 effetto della pressione

                 •   L’aumento della pressione aumenta la concentrazione dei reagenti. Tuttavia la
 FUEL CELLS
    Teoria ed
                     compressione dei gas è un processo energeticamente poco efficiente ed
  Applicazioni       energivoro.
                 •   Dai modelli teorici si trova che esiste una pressione ottimale di circa 3 bar.
Convegno AEIT        Tuttavia i modelli reali mostrano che non conviene affatto comprimere quanto
       Catania
   09/02/2018        piuttosto aumentare il flusso (rapporto stechiometrico) mediante tecniche di
                     ricircolo dei gas esausti.
                 •   I compressori inoltre lavorano molto male ai carichi parziali, con rendimenti
                     molto bassi.
                                                                         1.2
                                                                                         1/1       1.5/1.5         2.5/3      3/5
                                                                          1

                                                                         0.8

                                                       Cell Voltage, V
                                                                         0.6

                                                                         0.4

                                                                         0.2

                                                                          0
                                                                               0   200     400       600       800         1000     1200
                                                                                                               2
                                                                                          Current density, mA/cm
Ottimizzazione delle condizioni operative

                 Va cercato il migliore compromesso tra efficienza, costo, volume e peso
 FUEL CELLS      sulla base delle condizioni al contorno.
    Teoria ed
  Applicazioni
                 •   Alimentazione dell’aria al catodo:
Convegno AEIT    -   costo energetico della compressione dell’aria al catodo
       Catania   -   recupero energetico della pressione in ingresso in caso di alimentazione da
   09/02/2018
                     bombola ad alta pressione

                 •   Umidificazione dell’anodo e del catodo
                 -   i gas devono essere umidificati vicino alla saturazione e la loro temperatura è
                     molto più alta di quella ambiente, quindi le condizioni iniziali di umidità sono
                     praticamente nulle.

                 •   Gestione termica del sistema
                 -   sebbene si cerchi di operare a temperature quanto più elevate possibile nei
                     limiti di resistenza dei componenti, la temperatura deve comunque essere
                     mantenuta entro limiti accettabili per consentire una corretta umidificazione dei
                     gas e quindi inferiore ai 100°C (dipende dalla pressione).

                 •   Gestione della potenza elettrica
                 -   Ampia variabilità della tensione, alta corrente
Applicazioni stazionarie: MCFC e SOFC

 FUEL CELLS      •   Non usano catalizzatori PGM (Platinum Group Metals)
    Teoria ed
  Applicazioni   •   Impiegano gas di rete (non è richiesto un accumulo locale)
Convegno AEIT    •   Connesse alla rete (eventualmente su rete locale o generazione
       Catania       distribuita)
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                 •   Funzionano ad alta temperatura (600-1000°C) – possibilità di
                     cogenerazione

                 •   Carichi poco dinamici
                 •   Emettono CO2 e altri inquinanti in funzione del combustibile primario
                 •   Le MCFC sono disponibili sul mercato per impianti di media-grande
                     potenza connessi alla rete (datacentre)
                 •   Le SOFC ancora allo stato prototipale/ricerca a causa dei limiti sui
                     materiali (limiti di affidabilità e durata)
PEFC (anche PEMFC)

                 •   Rappresentano lo stato dell’arte, disponibili sul mercato
 FUEL CELLS          - 3,5kW/l – 3,0kW/kg (source: Intelligent Energy, 5 kW stack, 0,3 bar(g))
    Teoria ed
  Applicazioni   •   Generazione stazionaria (5 - 1000 kW)
Convegno AEIT        - Alimentate da gas di rete, necessario un fuel processor
       Catania       - Connesse in rete (anche locale) o ad isola
   09/02/2018
                 •   Trasporti (5 - 500 kW)
                     - Impiego come APU nel settore automotive/marino/sommergibili/aerospaziale
                     - Trasporto del combustibile a bordo in recipienti ad alta pressione (700 bar)
                 •   Applicazioni mobili (1 - 50 kW)
                     - Telecomunicazioni, generatori portatili, droni
                 •   Portatili (1-1000 W)
                     - Caricabatterie, generatori portatili o APU da camping.

                                                                        source: Horizon Fuel Cells
Combustibili per PEFC

                 Idrogeno
 FUEL CELLS
    Teoria ed
  Applicazioni   •   Assenza di emissioni se prodotto da elettrolisi e RES come sistema di
                     accumulo di energia (possibile funzionamento a ciclo chiuso)
Convegno AEIT
       Catania   •   Accumulo idrogeno ad alta pressione (700-1000 bar) solo nei trasporti
   09/02/2018    •   Altre opzioni disponibili (ad es. idruri metallici)

                 Alcool o gas naturale/metano

                 •   Prodotti da scarti biodegradabili (biomasse, biogas ecc.)
                 •   Impiego diretto del combustibile:
                      –   facilità di trasporto e distribuzione,
                      –   bassa efficienza, catalizzatori costosi, breve durata ed emissioni di CO2

                 •   Impiego di combustibile processato (i.e. gas naturale da rete trasformato in
                     un gas ricco di idrogeno):
                      –   alto costo di impianto, bassa dinamica, emissioni
                      –   Possibilità di impiego di combustibili tradizionali come benzina, gasolio , kerosene
                          (assenza di vantaggi ambientali)
Combustibili per fuel cells

 FUEL CELLS      •   I requisiti ideali di un combustibile per celle a combustibile sarebbero: un alto
    Teoria ed        rapporto idrogeno/carbonio (ad es. CH4=4), ottima reattività, semplice
  Applicazioni       stoccaggio e sicuro da trasportare, producibile da fonti rinnovabili, non tossico,
Convegno AEIT
                     sicuro, inesauribile…
       Catania
   09/02/2018
                          40
                                    specific energy, energy density and H2 in some fuels                                           100
                                                                                                               wt%
                                                                                                                                   90
                          35
                                                                                                               kWh/kg
                                                                                                                                   80
                          30
                                                                                                               kWh/litre
                                                                                                                                   70
                          25
                                                                                                                                   60

                                                                                                                                         wt%
                          20                                                                                                       50

                                                                                                                                   40
                          15
                                                                                                                                   30
                          10
                                                                                                                                   20
                           5
                                                                                                                                   10

                           0                                                                                                       0
                               Hydrogen (300 bar) Methane (300 bar)   Liquid Hydrogen   Liquid Methane   Gasoline       Methanol
Problemi dell’accumulo di H2

 FUEL CELLS      •   Tra i combustibili, l’idrogeno ha la più alta densità energetica e la più bassa
    Teoria ed        energia specifica
  Applicazioni
                 •   Il trasporto come gas compresso è vantaggioso solo se si usano bombole di tipo
Convegno AEIT
       Catania       avanzato.
   09/02/2018
                 •   Ad alte pressioni, significativa deviazione dalla legge di gas ideali (coeff. di
                     comprimibilità: Z = PV/RT = 1 (0,1013 Mpa); 1,065 (10); 1,132 (20); 1,236 (35);
                     1,489 (70) (1,702 (1000)
                 •   La liquefazione (-253 °C) è un processo molto costoso in termini energetici (va
                     sprecato circa il 40% dell’energia, rif. a LHV)
                 •   Il trasporto come liquido richiede la continua evacuazione dei vapori. Un veicolo
                     non può quindi essere parcheggiato in spazi confinati e si avrebbe un consumo
                     anche a veicolo fermo (boil-off)
Soluzioni di accumulo H2 a bordo
                                                    Metal hydrides

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    Teoria ed
  Applicazioni

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       Catania
   09/02/2018

                 Liquid
                                                      High pressure
L’idrogeno e la sicurezza
                 •   Gas a densità molto bassa ed molecola particolarmente piccola. E’ quindi
 FUEL CELLS          molto difficilmente confinabile in ambienti non ermeticamente chiusi. Casi
    Teoria ed        particolari:
  Applicazioni        – garage (bassa probabilità di accumulo) – il problema è risolvibile a livello
                        normativo
Convegno AEIT
       Catania        – sommergibili (altissima probabilità di accumulo) – necessitano misure preventive
   09/02/2018           e tecniche di controllo ed intervento adeguate
                 •   L’idrogeno ha limiti di infiammabilità più ampi rispetto al metano
                      –   dispersione o combustione molto prima di raggiungere una concentrazione esplosiva

                 •   basso irraggiamento, fiamma non visibile di giorno, inodore, non tossico
                 •   ampiamente utilizzato nell’industria alimentare, di processo ed un
                     abbondante sottoprodotto di alcune lavorazione (detergenti,
                     microelettronica, ecc.)
                                                                                             H2           CH4
                                                           Limiti di infiammabilità          4 – 75%      5.3 – 15%
                                                           Temperatura di combustione        3000 °C          2148 °C
                                                           Min energia di innesco             0.02 mJ     0.29 mJ (1)
                                                           Limiti di esplosività in aria     13 - 59%     6.3 - 14%
                                                           Temperatura di innesco              585°C           540°C
Le fuel cell nei trasporti

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  Applicazioni

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   09/02/2018
Prime applicazioni

                 Dr. Kordesh (A), Union Carbide
 FUEL CELLS
    Teoria ed    (USA) - Austin A 40 sedan (1971)
  Applicazioni

Convegno AEIT    Autovettura adattata a FC ad H2
       Catania   compresso (la sua!)
   09/02/2018

                 H2 in 6 serbatoi in acciaio da 20-25 Nm3
                 Pressione: 130-150 bar
                 Autonomia: 300 km
                 AFC (Union Carbide) da 6 kW
                 Peso complessivo vettura:
                 948 kg (730 kg prima)
                 Tempo di rifornimento: circa 3 minuti
Prime applicazioni dell’idrogeno e delle fuel cells

                 1964
 FUEL CELLS      Allis-Chalmers Submarine Power
    Teoria ed    Sistema da 1,5 kWe ad idrazina
  Applicazioni   (NH2)-Ossigeno.
                 (Source - Electric Boat Corp.)
Convegno AEIT
       Catania
   09/02/2018    Primo esempio al mondo di
                 applicazione delle fuel cells ai
                 sottomarini

                 Fine anni ‘60
                 Imbarcazione militare USA con turbina a gas
                 alimentata ad idrogeno
SPACE SHUTTLE (NASA)

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    Teoria ed
  Applicazioni

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   09/02/2018
SPACE SHUTTLE (NASA)

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    Teoria ed
  Applicazioni

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   09/02/2018
Concept di veicolo a FC
                 dive-by-wire e skateboard platform

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  Applicazioni

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Passenger vehicles
                             Honda Clarity              Toyota Mirai                 Hyundai Tucson Fuel Cell
                 Purchase Lease, Government/            Sale, Lease                  3 years Lease
 FUEL CELLS       options Busines
    Teoria ed
  Applicazioni    Markets 2016: Japan - 2017: UK,       2017 Europe: DK, D, UK       California (USA) only
                          DK
Convegno AEIT
       Catania       Units 200 (first phase)            50-100 (first phase)         -
   09/02/2018    Performa 130 kW AC, 300 Nm             113 kW AC, 335 Nm            134 HP (100 kW) AC, 300 Nm
                       nce                                                           (221 lbs ft)
                     Stack 103 kW PEFC + Li-ion         114 kW PEFC (3,1 kW/l)       100 kW PEFC (3,1 kW/l) + 60
                    power battery                       + Ni-MH battery              Ah Li-Polymer battery
                 Hydrogen 141 litres - 27 l (front) +   122,4 litres - 60l (front)   140 litres - 10.000 psi/70 MPa
                     tank 117 l (rear), 70 MPa, 5       + 62,4l (rear), 70 MPa, 5    - 5,63 kg(H2)
                          kg(H2)                        kg(H2), 5,7 wt%
                     Price 7,660,000 yen                66.000 EUR (+VAT) (D)        2.999 USD + 499 USD/month
                                                                                     Fuel included
Bus and public transport

 FUEL CELLS      •   Low speed, up-hill driving (100-200 kW max
    Teoria ed        power)
  Applicazioni   •   Silent, emission-free, more space available
Convegno AEIT        over the roof and under the floor than cars
       Catania   •   Closed loop route: braking energy recovery
   09/02/2018
                     and centralized refuelling
                 •   Many demonstration projects worldwide
                 •   Actual high cost (limited numbers), price
                     parity with hybrid-diesel by 2025-2025
                       – 28.000 urban bus announcement by
                          2030 (South Korea, CNG switch) + 300
                          units (China)
                 •   Light rail may be the next market due to
                     electric infrastructure savings (19%) in
                     expanding networks
Fuel cell bus: typical architecture

 FUEL CELLS
    Teoria ed
  Applicazioni

Convegno AEIT
       Catania
   09/02/2018
Cargo Trucks                                                    Chart 6.2: EU Road Transport Emissions Profile: 2012 and 2030

                                                   The focus on logistics fleets is not new, and when
                                                   the most common fuel for trucking is diesel                                                             60                                               Vans (LCV)
                                                   then the pressure to find alternatives becomes                                                                                                           Trucks & buses (HDV)
                                                   clearer. Especially when this is combined with the                                                      50                                               Cars & motorbikes

                                                                                                                                     % of road transport
                                                   potential for trucks and buses to be a significant

                                                                                                                                       GHG emissions
                                                   contributor to greenhouse gas emissions by 2030.                                                        40
                                                   Electric, battery, trucks and fuel cells trucks
                                                   are starting to be developed and delivered                                                              30
                                                   into the market, but it is very early in the
                                                   overall developmental cycle for this option.                                                            20

                                                   As with APUs, the entry point into the market is to

                 Heavy Duty Trucks and Delivery vans
                                                                                                                                                           10
                                                   work direct with one of the big OEMs. The three
                                                   fuel cell companies that have so far come out of                                                        0
                                                   the closet and are openly working in this area are:                                                                               2012                              2030

                                                     • Loop Energy (Canada), publically working with                                                            Source: Transport and Environment dot Org
                                                       CRRC Corporation (China) and Peterbilt (USA).
                                                                                                                   Image 6.2: The Daihatsu FC Deco Deck
                                                     • Hydrogenics (Canada), with its 60 kW 'Celerity' fuel
                                                       cell. Likely to be working with Chinese partner on
                                                       fuel cell trucks.

                                                     • Palcan (Canada), working with Dongfang (China) to
                                                       deliver fuel cell trucks, utilizing methanol as a fuel.

                                                   Also, due to the move in Norway to ban the sale of
                                                   petrol and diesel vehicles, ASKO, one of the largest

                 •   Pushed by normative
                                                   transport companies in Norway, with 600 trucks on
                                                   the roads throughout the country, has demonstrated

 FUEL CELLS
                                                   4 hydrogen fuelled trucks. It is not clear what the
                                                   propulsion system of these vehicles are though.

                      – Fossil fuel car ban (Norway, by 2025)
                                                   Finally, who can forget the Daihatsu concept mini

    Teoria ed                                      truck from 2013, the FC Deco Deck. Maybe like other
                                                   vehicles, its time has now come. In summary, expect
                                                   to see further announcements in this area in 2016,

  Applicazioni                                     likely to centre around China, California and tie ups

                      – Sleeping cab interdiction (France,
                                                   and developments with Tier 1 manufacturers.

Convegno AEIT           Belgium)                   44 | Page                                                     Source: Daihatsu

                                                                                                                                    Daihatsu FC Deco Deck (concept, 2013)
       Catania
   09/02/2018
                 •   Fuel Cells APU
                      – Heavy-duty cargo sleeper cabins
                         3 kW (EU) / 5-6 kW (US)
                      – Cooling power (engine off)
                      – Short-range urban delivery (
Esempi applicativi: stazione a gas compresso (700 bar)

 FUEL CELLS
    Teoria ed
  Applicazioni

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       Catania
   09/02/2018
Applicazioni navali
                 Sommergibile U212A “Salvatore TODARO” – Marina Militare Italiana
                 Fincantieri Muggiano (La Spezia)
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    Teoria ed
  Applicazioni

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       Catania
   09/02/2018
Applicazioni aeronautiche

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    Teoria ed
  Applicazioni

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   09/02/2018
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    Teoria ed
  Applicazioni

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   09/02/2018

                 HELIOS (NASA, 1999-2003) - World altitude record: 96,863 feet (2003)
                  Source: https://www.nasa.gov/centers/armstrong/news/FactSheets/FS-068-DFRC.html
Scenario attuale di generazione centralizzata

 FUEL CELLS      •   Perdite di distribuzione
    Teoria ed    •   Perdite di trasformazione (AT-MT-BT)
  Applicazioni
                 •   Impianti di produzione delocalizzati dai centri di consumo
Convegno AEIT    •   Lentezza di regolazione
       Catania
   09/02/2018    •   Investimenti ingenti
                 •   Non scalabilità
Produzione di H2 da RES

 FUEL CELLS      •   Maggiore diffusione possibile delle RES
    Teoria ed    •   Impiegare la quota di RES non immettibile in rete per produrre idrogeno
  Applicazioni
                 •   L’idrogeno prodotto per elettrolisi diventa il fattore di bilanciamento della rete
Convegno AEIT    •   Idrogeno come fattore di abbattimento delle emissioni nel settore più
       Catania
   09/02/2018        inquinante: i trasporti
                 •   Costituisce un fattore di BILANCIAMENTO della rete a forte predominanza di RES
                     variabili
                 •   Ciclo chiuso dell’energia
GENERAZIONE DISTRIBUITA

                 •   Distribuzione efficiente
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    Teoria ed    •   Efficienza maggiore – CHP a bassa o alta temperatura
  Applicazioni
                 •   Modularità = disponibilità maggiore (minore tempo di fermo
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                     impianto)
   09/02/2018    •   Riduzione rischio oversizing e black-out
                 •   Uso di fonti rinnovabili (distribuite e discontinue)
                 •   Basso impatto sul territorio e sull’ambiente
Generazione distribuita

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    Teoria ed
  Applicazioni

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   09/02/2018
Sistemi per la generazione stazionaria

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    Teoria ed    •   Generazione distribuita
  Applicazioni        – Perdite di rete inferiori
Convegno AEIT         – Modularità e flessibilità
       Catania          della generazione
   09/02/2018         – Investimenti inferiori e
                        progressivi

                 •   Cogenerazione
                      – Efficienza elettrica circa
                        50% (LHV)
                      – Uso di gas naturale per
                        produzione idrogeno

                 •   Ha un senso SOLO se H2
                     generato da RES o con
                     biofuels
IMPIANTO CHP A FUEL CELL

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 PC 25C (PAFC)
Alcune realizzazioni portatili

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Hand-held power supply: cost

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  Applicazioni    • PowerTrekk (myFC) system:
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                     – 99 euro system (5 V, 1 A, 5 W)
       Catania         + 3 recharges (pucks)
   09/02/2018
                     – 45,00 Euro / 9 recharges (or
                       79/15), 1200-1400mAh single
                       recharge

                  • JAQ system (myFC):
                     – 4,90 euro/month x 24 months
                     – 900 mAh cartridge
                     – Not on the market yet
                                                        Data source: manufacturer website

                                                                                            49
Other applications to transport

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                                          Thank you
                       want to collaborate with us?

                                         Fabio Matera
                              fabio.matera@itae.cnr.it

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    Quanto qui mostrato ha il solo scopo di informare l’audience in maniera obiettiva.
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