Contesto: perché puntare su alluminuro di titanio e idrogeno
Il progetto tedesco InnoWaerm nasce per sviluppare reattori compatti e leggeri in alluminuro di titanio, realizzati tramite produzione additiva, in grado di generare idrogeno direttamente a bordo di veicoli e aeromobili. L’obiettivo è migliorare l’efficienza energetica dei sistemi a idrogeno e abilitare applicazioni in segmenti – aviazione, camion pesanti, macchine agricole – dove batterie e serbatoi di idrogeno compresso presentano limiti di massa, volume e complessità.
Il progetto InnoWaerm e il ruolo di Fraunhofer
InnoWaerm è un progetto guidato dal Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT di Aachen, in collaborazione con il Fraunhofer Institute for Microengineering and Microsystems IMM di Mainz. Il programma è finanziato dal Ministero federale per la Ricerca, la Tecnologia e lo Spazio con circa 1,5 milioni di euro per 24 mesi, a sostegno della validazione tecnologica e del trasferimento verso applicazioni industriali.
Le attività di Fraunhofer ILT si concentrano sullo sviluppo del processo di Laser Powder Bed Fusion per rendere stampabile l’alluminuro di titanio, una lega intermetallica notoriamente fragile e difficile da lavorare, ma caratterizzata da bassa densità, elevata resistenza alle alte temperature e buona resistenza alla corrosione. Fraunhofer IMM porta invece la prospettiva di sistema: progettazione dei microreattori, gestione delle reazioni chimiche, integrazione con celle a combustibile e sottosistemi di bordo.
Tecnologia: reattori 3D in alluminuro di titanio per idrogeno on‑board
Cuore della ricerca sono scambiatori di calore e microreattori ad alta temperatura strutturati in 3D, nei quali geometrie interne complesse – canali microstrutturati, pareti sottili, superfici di scambio elevate – vengono ottenute direttamente in stampa LPBF. La combinazione tra design ottimizzato e proprietà dell’alluminuro di titanio mira a realizzare componenti leggeri, compatti e stabili a temperature elevate, adatti a cicli termici intensi tipici della produzione di idrogeno.
I reattori non trasportano idrogeno come gas compresso o liquefatto, ma lo generano in situ da vettori liquidi come metanolo o ammoniaca, riducendo l’esigenza di infrastrutture di rifornimento di idrogeno puro. Questa architettura on‑board punta a migliorare sicurezza, densità energetica complessiva e flessibilità operativa di aerei, veicoli pesanti e macchinari off‑highway, settori in cui il solo accumulo diretto di idrogeno o le batterie non risultano sempre competitivi.
Vantaggi della produzione additiva su alluminuro di titanio
L’alluminuro di titanio appartiene alle fasi intermetalliche, combina caratteristiche di metalli e ceramiche, ma in forma convenzionale è difficilmente lavorabile per componenti complessi. InnoWaerm utilizza una strategia LPBF con pre‑riscaldamento specifico del letto di polvere, che consente di mantenere la temperatura in una finestra stabile e ridurre la formazione di cricche, rendendo realizzabili geometrie microstrutturate altrimenti irraggiungibili con metodi tradizionali.
La produzione additiva permette inoltre integrazione funzionale (canali di processo, scambio termico, elementi strutturali in un unico pezzo), riduzione di peso e possibilità di personalizzare la progettazione in base all’applicazione (profilo di missione del veicolo, condizioni operative, fluidi di processo). Questi fattori sono particolarmente rilevanti in applicazioni aeronautiche e di mobilità avanzata, dove la combinazione tra elevata temperatura di esercizio e vincoli di massa è decisiva.
Inserimento nella strategia tedesca per l’idrogeno
Il sostegno al progetto InnoWaerm si inserisce in un quadro più ampio di politiche tedesche di supporto alla mobilità a idrogeno e alla tecnologia delle celle a combustibile, che include nuovi centri di ricerca e infrastrutture di test dedicate. Iniziative come i centri di innovazione sull’idrogeno e i laboratori per la mobilità pesante in Baviera sono finanziate con decine di milioni di euro, con l’obiettivo di accelerare il passaggio da dimostratori di laboratorio a soluzioni industriali scalabili.
InnoWaerm mira a dimostrare la fattibilità tecnico‑economica dei reattori in alluminuro di titanio stampati in 3D, per poi arrivare alla validazione in condizioni operative reali e, in prospettiva, alla costituzione di una nuova realtà industriale o al licensing della tecnologia a produttori di sistemi di manifattura additiva e di componenti per l’idrogeno. Se queste soluzioni verranno portate a maturità industriale, potranno contribuire a rafforzare la posizione della Germania come hub per tecnologie a idrogeno in settori dove la decarbonizzazione è particolarmente complessa.
