Idrogeno verde: RSE cerca partner per studiare gli elettrolizzatori

E’ tempo di approfondire le conoscenze sulla produzione di idrogeno verde ai fini del buon funzionamento del sistema energetico nazionale. Un compito di cui oggi si fa carico RSE ma tendendo una mano alla filiera di settore. La società, infatti, ha lanciato stamane una manifestazione di interesse con lo scopo di instaurare collaborazioni con produttori o sviluppatori di elettrolizzatori innovativi

L’obiettivo? Mettere a punto nuovi studi e metodi di gestione di questi apparecchi in un sistema energetico “potenzialmente 100% rinnovabile”.

Le tecnologie di elettrolisi

In attesa di vedere pubblicata la Strategia Italiana sull’Idrogeno (che definirà la potenza produttiva a livello nazionale), la ricerca dedicata al vettore è aumentata esponenzialmente. E non solo nel Bel Paese.

Ma a livello produttivo, l’idrogeno ruota ancora intorno a tre tecnologie di elettrolisi:

• alcalina (AEC),
• a membrana polimerica (PEM),
• ad ossidi solidi (SOEC).

Gli elettrolizzatori alcalini rappresentano in maniera indiscussa la tecnologia più matura e diffusa. In generale vantano una buona durata di vita e un costo capitale tutto sommato contenuto. D’altro canto però, la bassa densità di corrente, le limitazioni di pressione operativa e la ridotta flessibilità di esercizio costituiscono degli svantaggi.

Gli elettrolizzatori PEM hanno meno anni alle spalle ma sono caratterizzati da un’elevata densità di potenza ed efficienza della cella, consentendo pertanto di generare H2 puro e a elevata pressione. Inoltre la tecnologia  a membrana polimerica offre un’ampia flessibilità operativa adattandosi meglio ad un’alimentazione diretta tramite rinnovabili non programmabili. Materiali costosi e un’architettura complessa, unitamente ad una vita più breve ne fanno un competitor ancora alla pari per le AEC.

Chiudono il quadro, gli elettrolizzatori SOEC. Rappresentano la tecnologia la più recente, motivo per cui risultano ancora fuori dalle economie di scala. I vantaggi? Possiedono un’efficienza maggiore sia delle PEM che delle AEC, ridotti costi materiali e la possibilità di operare in modalità “reversibile” vale a dire sia come elettrolizzatori che come cella a combustibile. Di contro, oltre a prezzi decisamente alti, la maggior parte deve superare una sfida termica. Le elevate temperature operative (650-1.000°C) di queste celle determinano inevitabilmente una forte degradazione dei materiali. Le strade per sfuggire a questo destino sono essenzialmente due: abbassare le temperature operative o trovare materiali più resistenti.

Elettrolisi alimentata a FER, le criticità

L’idrogeno è uno dei macro temi su cui si concentra il lavoro di RSE nell’ambito del Piano triennale della ricerca di sistema elettrico nazionale. Tra gli aspetti studiati dalla società c’è ovviamente anche l’alimentazione diretta degli elettolizzatori con fonti rinnovabili non programmabili. Opzione su cui RSE ha messo in luce alcuni aspetti critici, a cominciare dalla trasformazione e rettificazione del segnale elettrico in ingresso. Questi passaggi a livello di alimentazione possono ridurre la resa dei sistemi d’elettrolisi AEC fino al 20% in presenza di carichi ridotti.

Ma non si tratta dell’unico elemento da tenere in conto. Ad oggi, spiega RSE, “non sono stati individuati in letteratura studi approfonditi sulla vita utile dei dispositivi e sull’eventuale usura accelerata a causa di una alimentazione a carico variabile”. E risultano rari quelli che mettono a “confronto diretto il funzionamento di un elettrolizzatore alimentato da fonti rinnovabili e la sua modellazione numerica”. Non solo. “Spesso la modellazione numerica prevede l’interazione tra fenomeni fisici appartenenti a scale di tempi molto differenti tra loro, partendo da modelli sviluppati in condizioni steady-state, senza un’opportuna verifica sperimentale dell’affidabilità del risultato”.

Elettrolizzatori: RSE e le attività di collaborazione

Per colmare queste lacune e condividere conoscenze, strumenti e dati in materia RSE è pronta a collaborare con partner esterni. Invitando tutti i soggetti interessati manifestare il proprio interesse all’indirizzo elettrolizzatori@rse-web.it entro e non oltre il 13 novembre 2024.

 La collaborazione si legge sul sito, verrà suddivisa in due fasi:

1. Modellazione e sperimentazione dinamica di elettrolizzatori a bassa temperatura per la prototipazione di un dispositivo di controllo che ne massimizzi il rendimento in caso di alimentazione da fonte rinnovabile intermittente. Si procederà alla definizione di un metodo di misura per elettrolizzatori ai fini validativi di modelli di calcolo in regime dinamico, seguita da una campagna di misura Seguirà la scrittura e validazione di un modello di calcolo multi-physics per la simulazione di un elettrolizzatore (ALK, PEM) alimentato da FER. Seguiranno quindi la definizione delle logiche di controllo e la conseguente verifica sperimentale congiunta con il partner.
2. Applicazione di reti neurali per la modellazione predittiva di un sistema di elettrolisi, a fini di previsione della vita utile nel caso di esercizio con alimentazione da fonti rinnovabili e con riferimento ad impianti di taglia medio-grande (dell’ordine di 10 MW).

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