Obiettivi e finalità

Affinché le applicazioni dell’idrogeno in celle a combustibile possano svilupparsi su larga scala e contribuire allo sviluppo di un sistema energetico decarbonizzato, è necessario però un importante investimento in ricerca per migliorare le performace, la durata e ridurne i costi. A questa si affiancherà anche la necessità di sviluppare componenti che facilitino la capacità di customizzazione della tecnologia in modo da poterla integrare in diverse tipologie di applicazioni. Quindi, l’analisi delle diverse criticità ed il conseguente sviluppo di soluzioni in grado di poter migliorare le caratteristiche in termini di performance e durata delle celle a combustibile e che nel contempo permettano di ridurne i costi, rappresenta oggi uno dei principali temi di ricerca in ambito energetico.

Sulle tecnologie con elettrolita a membrana polimerica, la ricerca di soluzioni più performanti è orientata prevalentemente sullo sviluppo di membrane innovative, catalizzatori e rivestimenti per piatti bipolari metallici acciaio.

Poiché in termini di costo, una grossa parte è assorbita dai sistemi che permettono il funzionamento dello stack (Balance of Plant), viene affiancata anche un’importante attività di ricerca sull’ingegneria dello stack, sui sistemi che e sulla modularità dello stesso soprattutto per applicazioni nei trasporti, logistica, ecc.

Per quanto riguarda le tecnologie ad alta temperatura, l’attività di ricerca è orientata nello sviluppo di sistemi a conduzione protonica, utilizzo di miscele di gas contenenti idrogeno per integrazioni in sistemi energetici locali ed aspetti realitivi alla sicurezza.

Saranno anche analizzati sistemi funzionanti sia in modalità elettrolisi sia in modalità fuel cells (sistemi reversibili) sia ad alta che a bassa temperatura.

Al fine di poter sviluppare la parte sperimentale a supporto delle attività di ricerca, saranno realizzati dei testing-hub, per alta e bassa temperatura, individuati dei protocolli di test armonizzati per la valutazione di materiali, componenti e dispositivi e sviluppati dei modelli per diagnostica per la valutazione delle prestazioni.

Sia per tecnologia SOFC che PEMFC a idrogeno o a carrier alternativi (ammoniaca, LOHC, glicole etilenico), saranno analizzate applicazioni per il settore marittimo, ferroviario ed aereo, inoltre attività di ricerca e sviluppo riguarderanno le celle a combustibile per applicazioni onboard e in aree portuali.

Infine sarà svolta un’attività di analisi di sostenibilità e di formazione, mediante la realizzazione di corsi intensivi dedicati (Summer School).

Nello specifico, l’Obiettivo 3 si articola, quindi, nei seguenti 5 Work Packages.

Il primo (WP3.1) è relativo alla ricerca e lo sviluppo di tecnologie di stack, componenti e processi, con l’obiettivo di migliorarne le prestazioni e ridurne i costi anche attraverso l’aumento dei volumi produttivi, l’ottimizzazione e l’automatizzazione dei processi, nonché la riduzione dei costi dei componenti.

All’interno saranno trattati argomenti relativi alle membrane a conduzione protonica ad alta temperatura (HT-PEMFC), ai rivestimenti in acciaio e leghe per celle a combustibile a scambio protonico, agli elettrocatalizzatori/elettrodi (metalli, leghe metalliche, basso contenuto di metalli preziosi), all’ingegneria degli stacks, balance of plant, modularità di celle a combustibile di tipo PEMFC (con membrana a scambio protonico) e AEMFC (con membrana a scambio anionico) ed alle membrane innovative.
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Il secondo (WP3.2) si incentra sulla ricerca e sviluppo di soluzioni avanzate di celle reversibili basate su conduttori ionici e protonici, valorizzando la versatilità delle applicazioni in cui tale tecnologia può essere sfruttata principalmente grazie alle alte efficienze di conversione elettrochimica e all’ampia gamma di condizioni operative garantite dalla tipologia di materiali e dalle elevate temperature di esercizio.

All’interno saranno trattati argomenti relativi alle celle a combustibile a ossidi solidi (SOFC) a conduzione protonica (nuovi materiali), alla cella reversibile completa (rSOC) (nuovi materiali), alle celle reversibili polimeriche (PEM e AEM), co attività su elettrodi e membrane.
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Il terzo (WP3.3), riguarda la ricerca e sviluppo di componenti e sistemi di celle a combustibile per applicazioni nel trasporto pesante (stradale, ferroviario, marittimo) e nell’aviazione con l’obiettivo di ridurre i costi attraverso l’aumento dei volumi produttivi, l’ottimizzazione e l’automatizzazione dei processi, ma soprattutto lo sviluppo di stack e moduli con prestazioni migliori.

All’interno saranno trattati argomenti relativi alle soluzioni modulari a base di PEMFC per il trasporto pesante ed a soluzioni ibride a base di PEMFC per applicazioni off-road e di logistica; modelli e diagnostica per la valutazione delle prestazioni; l’utilizzo di tecnologie SOFC e PEMFC a idrogeno, o a carrier alternativi (ammoniaca, LOHC, glicole etilenico) per il settore marittimo, ferroviario ed aereo; celle a combustibile per applicazioni onboard e in aree portuali.
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Il quarto (WP3.4) è relativo alla ricerca e sviluppo di componenti e sistemi di celle a combustibile alimentate con idrogeno puro, miscele idrogeno-metano e feedstock non convenzionali, per applicazioni stazionarie e per comunità energetiche locali.

Gli argomenti trattati riguarderanno quindi, l’utilizzo di miscele di gas contenenti idrogeno in SOFC (studio del degrado, stack innovativi) e l’integrazione di celle a combustibile e accumulo di idrogeno in sistemi energetici locali, valutando anche gli aspetti relativi alla sicurezza.
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Infine il WP3.5 si pone l’obiettivo di studiare possibili soluzioni per il superamento di alcune delle barriere non tecnologiche, mettendo a fattor comune infrastrutture e laboratori di ricerca per la conduzione di attività sperimentali di tipo pre-normativo, per la definizione di standard, metodologie e linee guida, per il test e la validazione di tecnologie e sistemi innovativi di celle a combustibile, analisi tecnico economiche, SLCA, LCA, e formazione di figure professionali.

Gli argomenti trattati riguarderanno la realizzazione e messa a sistema di testing-hub per SOFC e celle a combustibile di tipo PEM, lo sviluppo di protocolli di test armonizzati per la valutazione di materiali, componenti e dispositivi; le attività di validazione sperimentale in laboratorio; l’analisi di sostenibilità della tecnologia ed i corsi di formazione e Summer School.
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