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Celle a combustibile: controllare l'energia del futuro

creare elettricità acqua

Le celle a combustibile sono state salutate come la fonte di energia del futuro; possono fornire una fonte di energia non inquinante ricombinando idrogeno e ossigeno per creare elettricità e acqua. La chimica sembra molto semplice, tuttavia la creazione di una fonte di energia affidabile, efficiente e sicura richiede una notevole competenza, in particolare nel controllo dei fluidi e dei gas coinvolti in questa entusiasmante tecnologia.

Tony Brennan, Field Segment Manager, Fluid & Micro, di Bürkert, esamina il processo in modo più dettagliato, ciò che è necessario per sviluppare la tecnologia e renderla più ampiamente disponibile.

La tecnologia delle celle a combustibile esiste da quando 1839, quando l'energia elettrochimica è stata prodotta per la prima volta combinando idrogeno e ossigeno, con l'acqua come unico sottoprodotto. Da allora, l'idea ha trovato alcune applicazioni di nicchia (esplorazione dello spazio per uno) ma non è stata commercializzata su larga scala. Tuttavia, negli ultimi anni il mercato ha abbracciato diversi progetti e produttori stanno lavorando per soddisfare la domanda di potenziale "energia verde".

Afferrare le basi

Le celle a combustibile essenzialmente convertono l'energia elettrochimica in elettricità, calore e acqua. Fanno quindi un'ottima proposta per progetti combinati di energia e calore (CHP); ma, può anche essere ridimensionato per l'uso in applicazioni mobili. Ogni cellula contiene due elettrodi, l'anodo e il catodo, nonché l'elettrolita che collega i due.

L'idrogeno in forma gassosa viene alimentato all'anodo, mentre l'ossigeno viene fornito al catodo. Il carburante a idrogeno attraversa l'elettrolita, inducendo una carica positiva e negativa, che genera la corrente elettrica. Quando combinato con l'ossigeno, forma l'acqua, che deve essere drenata.

Come combustibile, l'idrogeno gassoso deve essere rifornito e ci sono diversi modi in cui ciò può essere realizzato. Insieme al tipo di elettrolita, queste due variazioni definiscono le differenze tra i cinque principali tipi di celle a combustibile. Ognuno ha i suoi vantaggi e le sue sfide, ma tutti richiedono un elevato livello di infrastruttura di controllo per consentire loro di operare in modo efficiente e affidabile.

ricombinazione dell'idrogeno Le celle a combustibile sono state salutate come la fonte di energia del futuro; fornire una fonte di energia non inquinante ricombinando idrogeno e ossigeno per creare elettricità e acqua.

Controllo del gas

Un accurato controllo del gas è essenziale affinché la cella a combustibile si adatti ai cambiamenti di carico e questo dipende dalla comprensione della fonte di idrogeno e dall'avere un sistema di misurazione adeguatamente calibrato. Le celle a combustibile che funzionano con gas ricco di idrogeno devono avere una presa controllata per i componenti non a idrogeno, altrimenti la produzione di elettricità si fermerà.

Alcuni tipi di celle a combustibile richiedono che sia l'ossigeno che l'idrogeno si mescolino con il vapore per mantenere umida la membrana di scambio protonico. La quantità di vapore richiesta dipende dalla temperatura e dal carico sulla cella a combustibile, che influenza anche la portata dell'idrogeno e dell'ossigeno.

Nei sistemi che funzionano con gas in pressione, è essenziale che queste pressioni siano attentamente controllate per prevenire danni alle strutture interne della cella a combustibile. A seconda del tipo di combustibile e delle dimensioni della cella a combustibile, è possibile utilizzare una varietà di solenoidi proporzionali, trasduttori di pressione e valvole di controllo per regolare e mantenere le pressioni richieste all'interno della cella a combustibile.

tecnologia delle celle a combustibile Le celle a combustibile sono state salutate come la fonte di energia del futuro; fornire una fonte di energia non inquinante ricombinando idrogeno e ossigeno per creare elettricità e acqua.

Controllo fluido

Il processo di generazione del vapore necessario per umidificare i gas ha bisogno di un circuito di controllo per acqua ultrapura e di una valvola di scarico per la condensa. Senza questo, la cella a combustibile si riempirebbe di acqua e alla fine diventerebbe inutilizzabile. In alcune situazioni, l'idrogeno può passare attraverso un raffreddamento dell'acqua invece di essere miscelato con il vapore. In questo caso, anche il livello dell'acqua deve essere attentamente controllato.

Inoltre, anche l'acqua che viene creata dalla reazione elettrochimica deve essere drenata. La sfida principale in tutte queste situazioni è la natura corrosiva dell'acqua ultra-pura, il che significa che le specifiche del materiale per i componenti della valvola e le tenute devono essere attentamente considerate.

Sviluppo di celle a combustibile

Alcune applicazioni specializzate su larga scala per le celle a combustibile sono già state stabilite e la tecnologia sta avanzando a un ritmo costante. L'attenzione si concentra ora su accordi mobili più piccoli insieme alla creazione di una rete di stazioni di rifornimento di idrogeno e alla logistica per mantenerlo.

Gran parte della ricerca è condotta su modelli di banco di prova, in cui è possibile ricreare gli ambienti chimici e fisici e le condizioni operative delle applicazioni reali. Questo lavoro richiede gli stessi livelli di controllo per liquidi e gas, nonché la capacità di registrare tutti i dati rilevanti per l'analisi. In effetti, si potrebbe sostenere che il livello di controllo dovrebbe essere più ampio di quello dell'applicazione reale.

Per creare unità di miscelazione e misurazione del gas, apparecchiature di controllo e misurazione del flusso e valvole di intercettazione di sicurezza aggiuntive, Bürkert si avvale di decenni di esperienza e competenza. Per coloro che sviluppano nuove tecnologie di celle a combustibile a idrogeno, sia grandi che piccole, la capacità di controllare e monitorare tutti i parametri nel processo in modo accurato e affidabile aiuterà sicuramente a raggiungere le soluzioni di energia pulita che stiamo cercando.

Kirsty Anderson
Bürkert Fluid Control Systems
Centro Fluid Control, 1 Bridge End, Cirencester, Gloucestershire, GL7 1QY, Regno Unito
Tel: + 44 (0) 1285 648761 Fax: + 44 (0) 1285 648721
Web: www.burkert.co.uk
E-mail: [Email protected]

Sistemi di Burkert Fluid Control

Fabbricazione di apparecchiature di processo. Uno dei pochi produttori a fornire soluzioni per il ciclo di controllo completo.

Firma: iscrizione Gold

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