L’idrogeno è il vettore energetico più promettente al fine di risolvere la sfida energetica mondiale. E’ il più abbondante e leggero tra gli elementi della materia e soprattutto è un combustibile ad altissima densità energetica e a zero-emissioni. La sfida tecnologica per dare all’idrogeno un ruolo decisivo nel breve termine è tanto ardua quanto stimolante.
Spike Renewables svolge attività di progettazione e consulenza nel campo della ricerca e sviluppo di tecnologie di produzione, stoccaggio e distribuzione dell’idrogeno.
Grazie al supporto del software COMSOL Multiphysics® con l’aggiunta di moduli specifici, Spike Renewables è in grado di ampliare le possibilità di progettazione, comprensione e ottimizzazione dei sistemi elettrochimici e di stoccaggio, come celle a combustibile, elettrolizzatori e serbatoi per stoccaggio con materiali ultraporosi ad adsorbimento di idrogeno quali ACs e MOF (Activated Carbons e Metal Organic Framworks), attraverso simulazioni precise, sia in fase di prototipazione sia per migliorare l’efficienza in fase operativa. La simulazione numerica offre un vantaggio significativo in termini di tempo e costo rispetto alla sperimentazione di laboratorio standard in quanto è possibile analizzare con precisione le interazioni tra i vari fenomeni che avvengono in una cella elettrochimica o in un serbatoio con materiali ultraporosi, tra cui i meccanismi di reazione, fluidodinamica, scambio di calore e di adsorbimento. In particolare, la modellazione e la simulazione si possono utilizzare per prevedere la distribuzione di corrente e potenziale, la distribuzione delle specie chimiche e la distribuzione della temperatura in una cella elettrochimica, con lo scopo di progettare e gestire al meglio il suo funzionamento per un dato insieme di specifiche tecniche.
Tra le varie attività, è in corso una collaborazione con Nemesys, una delle start-up più innovative nel panorama italiano per lo sviluppo delle tecnologie legate all’idrogeno.
Attualmente è in corso il progetto MAST3RBoost per la decarbonizzazione dei veicoli in Europa attraverso il miglioramento dello stoccaggio dell’idrogeno: “Maturing the Production Standards of Ultraporous Structures for High Density Hydrogen Storage Bank Operating on Swinging Temperatures and Low Compression”, è un progetto europeo che mira a fornire un solido punto di riferimento per lo stoccaggio di H2 adsorbito a bassa temperatura cold-adsorbed H2 storage (CAH2) a bassa compressione (100 bar o inferiore) mediante una nuova generazione di materiali ultraporosi (carbone attivo, AC e Metal Organic Frameworks, MOF) per applicazioni di mobilità, ovvero per veicoli alimentati ad H2, compresi i trasporti stradali, ferroviari, aerei e marittimi. L’obiettivo è raggiungere un aumento del 30% della capacità di stoccaggio di H2 a 100 bar (in riferimento al MOF-5, uno degli attuali detentori del massimo valore di adsorbimento) raggiungendo il 10% wt.% e 44 gH2/lPS ([1]), scalando i risultati e i protocolli di sintesi di laboratorio in processi di produzione di tipo industriale. Il raggiungimento di questi obiettivi comporterà notevoli progressi dei sistemi di stoccaggio dell’idrogeno e quindi alla decarbonizzazione del sistema dei trasporti in Europa.
Il problema è che, al momento, la tecnologia d’avanguardia per lo stoccaggio di idrogeno a bordo è basata sulla compressione a 700 bar che ha raggiunto i 25 gH2/lsys ([2]), numero ancora basso considerando che l’ingresso nel mercato richiede un obiettivo di 5kg di H2 in un serbatoio di benzina equivalente (80 kg o 90 l). In effetti, le complessità associate ad un efficiente stoccaggio di H2 stanno causando una diffusione molto lenta dei veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV). L’obiettivo di MAST3RBoost è raggiungere almeno 40 gH2/Lsys, un traguardo significativo che aiuterebbe a fornire al mercato un vera alternativa agli attuali motori a combustione interna che contribuiscono in modo determinante alle emissioni di gas serra dell’UE.
[1] gH2/lPS: grammi di idrogeno stoccato per litro di materiale adsorbente alle condizioni di pressione da 100 bar a 5 bar; “Pressure Swing” [2] gH2/lsys: grammi di idrogeno stoccato per litro del sistema complessivo che include oltre al serbatoio tutti gli ausiliari per il funzionamento a regime
Articoli pubblicati
Computational Fluid Dynamic (CFD) analysis of a cold-adsorbed hydrogen tank during refilling
Preliminary analysis of refilling cold-adsorbed hydrogen tanks
Digital Twins of a cold-adsorbed Hydrogen tank by Activated Carbons and Metal Organic Frameworks
Study on the influence mechanism of fin structure on the filling performance of cold adsorption hydrogen storage tank
Evoluzione dell’ossigeno in un elettrolizzatore alcalino
