M.Baricco Dipartimento di Chimica e NIS Università di Torino, TORINO
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M.Baricco Dipartimento di Chimica e NIS Università di Torino, TORINO marcello.baricco@unito.it
Il ciclo dell’idrogeno A.Züttel, A.Borgschulte, L. Schlapbach «Hydrogen as a Future Energy Carrier» Wiley-VCH, 2008
Il ciclo dell’idrogeno Courtesy of U.Eberle, 2012
Da dove viene l’idrogeno • Idrogeno come vettore energetico • Tecnologie di produzione – Steam reforming – Da fonti rinnovabili – La foglia artificiale • Quantità prodotte • Costi
Produzione di idrogeno
steam reforming
• generato dal gas naturale (efficienza circa
80%) con generazione di CO2
CH4 + H2O → CO + 3 H2
CO + H2O → CO2 + H2
• gas d’acqua
C + H2O → CO + H2
Produzione di idrogeno
fonti rinnovabili
• Biomasse (batteri, alghe) con enzimi
idrogenasi
• Elettrolisi
dell’acqua
La foglia artificiale
Come immagazzinare idrogeno • Elevata densità gravimetrica (wt% H2) • Temperature e pressione prossime alle condizioni ambientali. • Elevato numero di cicli di carica e scarica. • Bassi tempi di ricarica • Sicurezza e basso costo
Come immagazzinare idrogeno
..costi, sicurezza, accettazione..
Gas ad alta pressione
Disponibile commercialmente
La capacità dipende dal materiale del contenitore
SVANTAGGI:
•Perdita di energia per la
compressione
(> 2.2 kWh/kg)
•Sicurezza
•Cadute di pressione
Dynatek
•La densità gravimetrica
diminuisce con l’aumentare
della pressione
F. Vollrath & D. P. Knight, NATURE 410 (2001), pp. 541-549Idrogeno liquido Disponibile commercialmente Densità (H2 liq.) = 70.8 kg·m-3 Immagazzinato come liquido criogenico sotto la temperature di ebollizione di 21.2 K La densità gravimetrica dipende dalle dimensioni del contenitore →100% SVANTAGGI: •Perdita di energia per la liquefazione (> 10 kWh/kg) •Boil-off: perdita continua di alcuni % al giorno •Necessità di contenitori di grandi dimensioni
Idruri metallici
• LaNi5
• MgH2
• FeTi4. Da dove viene l’idrogeno • Idrogeno come vettore energetico • Tecnologie di produzione – Steam reforming – Da fonti rinnovabili – La foglia artificiale • Quantità prodotte • Costi
Celle a combustibile
Celle a combustibile
Phosphoric Acid FC Alkaline Fuel Cell
(PAFC), 250 kW (AFC), Space Shuttle
United Technologies 12 kW
United Technologies
Low-Temp
Proton Exchange
Membrane (PEM)
High Temp 50 kW, Ballard
Solid Oxide FC
(SOFC) 100 kW
Siemens-
Westinghouse
Molten Carbonate FC
(MCFC) 250 kW
FuelCell Energy,La mobilità ad idrogeno • La cella a combustibile • L’auto ad idrogeno • Confronto con mobilità a combustione e con batterie • La produzione di idrogeno • I distributori • I costi • Gli obiettivi in Italia, in Europa e nel mondo.
L’auto ad idrogeno
L’auto ad idrogeno
Efficienza Courtesy of U.Eberle, 2012
Esempi di auto ad idrogeno
Isaac de Rivaz
1807
Combustione interna di idrogeno
Lenoir Hippomobile
1860
Combustione interna di idrogeno
www.netinform.net/h2/H2MobilityEsempi di auto ad idrogeno
General Motors: Electrovan
1967
Primo mezzo su strada
alimentato da celle a combustibile
alimentata ad idrogeno
Shell DAF 44
1968
Celle a combustibile
alimentate con idrazina
www.netinform.net/h2/H2MobilityEsempi di auto ad idrogeno
Fiat Panda
2003-2006
60 kWe PEMFC sviluppata da Nuvera
alimentata ad idrogeno
Toyota Mirai
2015
Celle a combustibile alimentate con
idrogeno + batterie al Li
113 kW - range 600 km
serbatoi 700 bar
www.netinform.net/h2/H2MobilityEsempi di auto ad idrogeno
Honda FCX Clarity
2015
100 kWe PEMFC
alimentata ad idrogeno
Hyundai ix35 FC
2012
100 kWe PEMFC
alimentate con idrogeno
Range 600 km
serbatoi 700 barIl serbatoio
1. Tipo I: Interamente in metallo, generalmente
acciaio.
2. Tipo II: Principalmente acciaio o alluminio, con
il corpo cilindrico avvolto in modalità “hoop” in
un involucro in fibra di vetro.
3. Tipo III: liner metallico, generalmente in
alluminio, totalmente avvolto con un
composito in fibra di carbonio e resina
epossidica.
4. Tipo IV: liner costituito da un polimero
(tipicamente polietilene ad alta densità o
HDPE), interamente rivestito da fibra di
700 bar! carbonio o ibrida vetro/carbonio.Il distributore di idrogeno
I distributori di idrogeno in Europa
www.h2stations.orgCosti Il prezzo di un pieno di idrogeno per auto è paragonabile a quello di un veicolo diesel: per percorrere 100 km un veicolo a celle a combustibile consuma circa 1 kg di idrogeno, che viene venduto alla stazione di H2 a Bolzano a 11,29 €/kg più IVA; 100 km con un veicolo diesel della stessa categoria possono costare fino a 13,50 €, a seconda del prezzo del carburante.
Confronto con mobilità
a combustione e con batterie
Extended-Range Electric Vehicle
Battery-Electric Vehicle
Courtesy of U.Eberle, 2012Confronto con mobilità a combustione e con batterie
Lo scenario economico 2011
Lo scenario economico
Il costo di un
sistema a FC
potrebbe ridursi del
90% entro il 2020
Costo 50-70 k€
€/kWOltre l’auto • Bici elettriche • Navi • Moto • Aerei • Camion • Forklift • Bus • Droni • Treni
La direttiva europea 2014 DIRECTIVE 2014/94/EU OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 22 October 2014 on the deployment of alternative fuels infrastructure
I piani per la mobilità idrogeno • USA - DOE - Department of Energy • Giappone - JHyM - Japan H2 mobility • Europa - HME - Hydrogen Mobility Europe • Germania- CEP - Clean Hydrogen Partnership • UK - UK H2Mobility • Francia - AFHYPAC - Mobilité Hydrogène France • Italia - MH2IT - Mobilità Idrogeno Italia
IEA-HIA
The International Energy Agency (IEA)
Hydrogen Implementing Agreement
(HIA) was established in 1977 to
pursue collaborative hydrogen
research and development and
information exchange among its
member countries.
ieahydrogen.orgwww.fch-ju.eu
• A public research
alliance
• Brings together
research
organisations
• Collaborating with
European Industry
• With global outreach
• And aligning national
research
Fuel Cells and about 250
research
Hydrogen institutions
Joint ProgramLanciato al World Economic Forum 2017 a Davos.
The hydrogen economy in 2050The hydrogen initiative Lanciato al Meeting EU dei Ministri dell'Energia sett. 2018 a Linz We, the signatories of this initiative, gathered in Linz, Austria, on the 17th and 18th of September 2018, collectively aim to maximise the great potentials of sustainable hydrogen technology for the decarbonisation of multiple sectors, the energy system and for the long-term energy security of the EU.
The hydrogen initiative
H2IT
L’Associazione Italiana per l’Idrogeno e Celle a Combustibile – H2IT – costituitasi nell’anno 2005, è una Associazione
autonoma volta a promuovere il progresso delle conoscenze e lo studio delle discipline attinenti le tecnologie ed i
sistemi per la produzione e l’utilizzazione dell’idrogeno.
Da sempre l’Associazione si è posta di raggiungere gli obiettivi:
• di stimolare la creazione dell’infrastruttura per l’uso dell’idrogeno,
• essere portavoce degli attori del settore e assicurare un ruolo di leadership per l’Italia nel mercato mondiale.
H2IT conta attualmente oltre 50 soci fra Istituzioni, Università, Centri di Ricerca, Aziende e soci individuali .
www.h2it.orgIl piano Mobilità
Idrogeno Italia
Stima per 2020
www.mobilitah2.itIl distributore di idrogeno in Italia
www.h2-suedtirol.comH2 car sharing
H2 bus
The HyCARE Project 2019-2021 hycare-project.eu
The goals - High quantity of stored hydrogen >= 50 kg - Low pressure < 50 bar and low temperature < 100°C - Low foot print, comparable to liquid hydrogen storage - Innovative design - Hydrogen storage coupled with thermal energy storage - Improved energy efficiency - Integration with an electrolyser (EL) and a fuel cell (FC) - Demonstration in real application - Improved safety - Techno-economical evaluation of the innovative solution - Analysis of the environmental impact via Life Cycle Analysis (LCA) - Exploitation of possible industrial applications - Dissemination of results at various levels - Engagement of local people and institution in the demonstration site
The concept
(a) (b)
Figure 1 Flow of hydrogen, heat and electricity during the hydrogen production (a) and use (b).H2-carrier and PCM Figure 1 P-T relationship of the hydrogen carrier during the Figure 2 E-T relationship for a phase change material during absorption and desorption steps. the solid-liquid phase transformation.
The integration
(a) (b)
Figure 1 Thermal management during the hydrogen absorption Figure 2 Thermal management during the hydrogen desorption
step from the electrolyzer. step to the fuel cell.Per saperne di più • Recent literature on hydrogen energy and its technologies (a selection) • The Future of Hydrogen • Hydrogen scaling up • Hydrogen Technology • The role of hydrogen and fuel cells in the global energy system • Application of hydrides in hydrogen storage and compression: Achievements, outlook and perspectives
Ringraziamenti
Puoi anche leggere
