ConfrontoconleCelleaCombustibile 9

Capitolo

9

Confronto con le Celle a Combustibile

Con il presente capitolo si intende fornire informazioni relativamente alle celle a combustibile, poste a confronto con l’impianto N.R.C., al fine di illustrare i vantaggi derivanti dall’utilizzazione di quest’ultimo per la generazione di energia elettrica, in impianti di grandi dimensioni.

Quando si affronta il tema dell’Idrogeno, `e inevitabile volgere lo sguardo anche verso le celle a combustibile (Fuel Cells).

Questi apparati consentono la conversione diretta dell’energia chimica posse-duta dall’idrogeno, in energia elettrica, senza sottostare alle limitazioni delle leggi della termodinamica, che impongono un limite superiore all’efficienza termica1 _.

La situazione delle efficienze energetiche, relativamente agli impianti di pro-duzione di energia elettrica, pu`o essere riassunta nel seguente diagramma:

1_{Tale limite `e imposto dal noto ciclo di Carnot}

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Figura 123 - Efficienze Energetiche Fonte: [25]

dal quale appare evidente la confrontabilit`a delle efficienze delle celle a combustibile con quella del N.R.C.

Tuttavia l’efficienza del N.R.C. (circa 62%) `e riferita all’intero impianto (sono compresi i consumi dei servizi ausiliari e le varie perdite), mentre le efficienze delle celle (intorno al 60%) non sono comprensive di tali consumi.

Un impianto basato sulle celle a combustibile presenta le seguenti problema-tiche:

• Necessita di Idrogeno estremamente puro, in quanto i materiali di cui sono costituite le celle, sono particolarmente sensibili alle sostanze che possono generarsi durante le reazioni chimiche (come la CO2, CO e

228 quelle sostanze che possano generare tali gas. Le celle, quindi, devono essere precedute da un sistema di purificazione dell’idrogeno, nel caso in cui questo sia prodotto con metodi differenti dall’elettrolisi (p.e. SMR), e ci`o comporta un incremento nella complessit`a dell’impianto ed una riduzione dell’efficienza complessiva.

Il problema dell’estrema purezza dell’idrogeno `e meno importante nel N.R.C.

• Alcune tipologie di celle, richiedono l’utilizzo del Platino; metallo estremamente raro e quindi costoso.

In generale, allo stato attuale, i materiali utilizzati per fabbricare le celle sono relativamente costosi, e necessitano di azioni manutentive pi`u frequenti rispetto alle macchine a combustione interna.

• Anche in condizioni di disservizio, le celle devono essere mantenute ad una certa temperatura, per evitare fenomeni di congelamento (durante le stagioni fredde) che sicuramente produrrebbero il danneggiamento permanente delle celle stesse.

• Le celle a combustibile generano corrente continua, che deve essere con-vertita in alternata. Tale conversione `e ad opera dei convertitori statici (inverter), i quali, avendo rendimenti compresi tra il 90% e il 95%, contribuiscono alla riduzione dell’efficienza complessiva dell’impianto. • Il sistema di controllo `e estremamente pi`u complesso rispetto agli

im-pianti termoelettrici; ci`o contribuisce alla riduzione dell’affidabilit`a. Attualmente l’utilizzo stazionario delle celle a combustibile `e particolar-mente ristretto: il pi`u grande impianto in esercizio `e il Ballard Generation Systemsda 250kW (fonte: [25]), alimentato a gas naturale (che subisce un

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pre-processo di reforming), e le cui celle sono a tecnologia p.e.m. (proton exchange membrane).

Tale potenza `e estremamente piccola rispetto a quelle in gioco negli impianti di generazione tradizionali, `e pu`o essere utilizzata solo per piccole utenze, come carichi isolati o per sistemi di emergenza e backup di importanti settori industriali o per gli ospedali.

Inoltre,gli impianti stazionari di questa categoria, per un’utilizzazione otti-male, devono essere cogenerativi, in virt`u del fatto che le celle, oltre al-l’energia elettrica, generano abbondanti quantit`a di calore che deve essere smaltito.

In definitiva si pu`o riassumere la situazione attuale affermando che gli im-pianti basati sulle celle a combustibile siano idonei alle piccole utenze e so-prattutto in ambito dei trasporti, ma non siano particolarmente adeguati alla generazione di grandi potenze, per le quali il ciclo N.R.C. appare l’utilizza-zione ottimale per lo sfruttamento dell’idrogeno.