Blue World Technologies è un’azienda danese che sviluppa e produce sistemi a celle a combustibile basati su metanolo, con applicazioni che spaziano dalla propulsione marittima alla generazione di energia stazionaria. Tra i prodotti di punta figura il CellPack Stationary, un generatore a celle a combustibile da 5, 10 o 15 kW pensato come alternativa ai generatori diesel per siti in cui è necessaria un’alimentazione di backup continua e affidabile, come le stazioni di telecomunicazione. L’azienda ha avviato la produzione in serie dei propri stack a celle a combustibile nel dicembre 2022 con una capacità iniziale di 15 MW annui, pari a circa 3.000 sistemi CellPack Stationary, con prospettive di triplicare la capacità nei successivi anni. A differenza dei sistemi a bassa temperatura, la tecnologia HT-PEM (High Temperature Proton Exchange Membrane) sviluppata da Blue World Technologies opera a circa 160 °C e integra un riformatore di metanolo che converte direttamente il combustibile liquido in idrogeno senza necessità di un sistema esterno di purificazione del gas, migliorando l’efficienza complessiva e semplificando il design del sistema.
Il problema: saldature su leghe speciali ad alta temperatura
Al centro del progetto di ridisegno produttivo si trova il bruciatore ad alta temperatura, un componente che deve gestire sia metanolo che idrogeno a temperature molto elevate, operando in condizioni di stress termico e chimico severo. Nella versione originale, questo componente era realizzato piegando lamiere sottili e saldandole a mano. L’uso di una lega speciale resistente alle alte temperature e la presenza di numerose saldature manuali generavano due problemi strutturali: da un lato i costi di produzione erano elevati, dall’altro la variabilità intrinseca del processo di saldatura manuale produceva difformità nei singoli pezzi, con ricadute sulla durata e sulla ripetibilità delle prestazioni. Come dichiarato da Søren Juhl Andreasen, Responsabile dello stack a celle a combustibile e della piattaforma a bassa potenza di Blue World Technologies, l’obiettivo prioritario era eliminare le incertezze legate ai processi manuali: anche i robot di saldatura garantiscono una consistenza superiore rispetto al miglior saldatore umano, ma eliminare completamente le saldature era considerato la soluzione ottimale.
La collaborazione con il Dänisches Technologisches Institut (DTI)
Per esplorare la strada della manifattura additiva, Blue World Technologies ha avviato una collaborazione con il Dänisches Technologisches Institut (DTI, Istituto Tecnologico Danese), un centro di ricerca applicata con sede in Danimarca che dispone di competenze consolidate nella stampa 3D di metalli ad alta prestazione. Il DTI offre capacità produttive in Laser Powder Bed Fusion (LPBF) su un’ampia gamma di materiali metallici, tra cui titanio Ti6Al4V, alluminio AlSi10Mg, acciaio inossidabile 316L, acciaio utensile 1.2709, rame CuCr1Zr e, rilevante per questo progetto, Inconel 625. La collaborazione è stata descritta da Blue World Technologies come efficiente e flessibile, con il DTI disposto ad adattarsi al metodo di lavoro del cliente e a lasciare all’azienda la responsabilità diretta del processo: un approccio particolarmente utile in un campo dove le soluzioni produttive consolidate non esistono ancora e la sperimentazione è parte integrante dello sviluppo.
Inconel 625: la superlegea per alta temperatura senza saldature
La scelta del materiale per la versione stampata in 3D del bruciatore è ricaduta su Inconel 625, una superlegha a base di nichel e cromo con aggiunte di molibdeno e niobio, nota per l’elevata resistenza meccanica, la resistenza all’ossidazione e alla corrosione anche a temperature elevate, e la stabilità dimensionale sotto carico termico ciclico. Il DTI utilizza questa lega nel processo LPBF, in cui un laser fonde selettivamente strati di polvere metallica seguendo il modello digitale del pezzo, costruendo geometrie complesse come un unico corpo continuo, senza giunzioni, saldature o assemblaggi. Per un componente come il bruciatore, questo significa eliminare i punti deboli tipicamente associati alle saldature, che sono le zone di discontinuità strutturale più soggette a cedimento sotto stress termico ripetuto.
Dal progetto alla prima versione funzionante: geometria conservativa e compatibilità con i sistemi esistenti
La strategia di sviluppo adottata da Blue World Technologies e DTI ha previsto in una prima fase la produzione di un componente stampato in 3D geometricamente vicino al design originale. Questa scelta non era casuale: mantenere la forma il più possibile simile alla versione precedente ha permesso di integrare il nuovo bruciatore direttamente nei sistemi già in produzione senza modificare gli altri componenti del generatore a celle a combustibile. I test condotti su questi primi esemplari hanno mostrato una funzionalità comparabile a quella della versione soudata, senza richiedere adattamenti nell’impianto circostante. Ancora più significativo è il risultato sulla durata: Andreasen ha dichiarato che alcune delle prime versioni stampate in 3D sono ancora in funzione, resistendo sistematicamente ai tentativi dell’azienda di portarle al cedimento nei test.
Sviluppi successivi: redesign avanzato, miniaturizzazione e riduzione dei costi
Parallelamente alla validazione della prima versione, Blue World Technologies lavora su riprogettazioni più profonde del bruciatore, sfruttando appieno le libertà geometriche offerte dalla stampa 3D in metallo. Gli obiettivi dichiarati includono la riduzione del numero di parti, l’integrazione di condotti interni e la gestione più precisa del profilo di combustione e del gradiente termico lungo il componente. Già la prima versione stampata ha consentito una riduzione del materiale impiegato e del tempo di produzione rispetto alla soluzione precedente. Il passo successivo è la miniaturizzazione del bruciatore, che permetterebbe di ridurre ulteriormente i tempi di stampa, le dimensioni finali del componente e il costo per unità, avvicinando il componente alle specifiche richieste per i sistemi commerciali destinati ai clienti.
Contesto industriale: Blue World Technologies e il mercato dei generatori a celle a combustibile
Blue World Technologies posiziona i propri sistemi come alternativa diretta ai generatori diesel in applicazioni stazionarie e marittime. Il CellPack Stationary è progettato per funzionare con metanolo puro, consente il monitoraggio remoto via IoT ed è proposto con un costo operativo totale (TCO) inferiore rispetto ai generatori diesel tradizionali. L’azienda ha testato con successo nel 2024 un modulo HT-PEM da 200 kW per applicazioni maritime in collaborazione con l’armatore Maersk, e prevede di raggiungere livelli commerciali per la propulsione marittima entro il 2027. La capacità produttiva, già stimata in 15 MW annui nel 2022, è destinata ad aumentare in parallelo con la crescita della domanda, in particolare nel segmento della sostituzione dei generatori diesel in infrastrutture critiche di telecomunicazione e industria.
Manifattura additiva di metalli per componenti ad alta temperatura: un quadro più ampio
Il caso Blue World Technologies e DTI si inserisce in un quadro più ampio di applicazioni industriali della stampa 3D in Inconel per componenti soggetti a stress termico elevato. Un altro esempio recente è quello della startup indiana Agnikul Cosmos, che ha sviluppato motori a razzo in Inconel stampati in 3D come pezzo unico tramite tecnologia LPBF, eliminando anche in quel caso le saldature per migliorare l’integrità strutturale e la durata a cicli multipli, con pressioni interne superiori a 100 bar e temperature che superano i 3.000 K. Il denominatore comune di queste esperienze è la constatazione che l’eliminazione delle saldature in componenti ad alta temperatura, resa possibile dalla manifattura additiva, riduce i punti di cedimento e migliora la ripetibilità produttiva in modo strutturale, indipendentemente dal settore applicativo.
