Il progetto di ricerca MultiSchiBZ si è concluso con successo con una spinta all’innovazione per l’uso delle celle a combustibile nel trasporto marittimo. Negli ultimi due anni, OWI Science for Fuels gGmbH ha creato e gestito un sistema di celle a combustibile solide (SOFC) in laboratorio. È progettato per produrre energia a bordo per il funzionamento della nave in mare e quando è ormeggiata nei porti. Il sistema è progettato per convertire il combustibile liquido a bordo in un gas combustibile ricco di idrogeno che le celle a combustibile SOFC possono convertire in energia elettrica. Il funzionamento del sistema è a basso contenuto di CO2 ed emissioni, oltre che silenzioso e praticamente privo di vibrazioni.
Per allestire i dimostratori in funzionamento di laboratorio vengono utilizzati prototipi di moduli innovativi di celle a combustibile SOFC con una potenza totale di 25 kWel. Questi sono integrati in un sistema complessivo costituito da un modulo del gas di processo, un postbruciatore per i gas di scarico caldi e un convertitore CC-CA. Il modulo del gas di processo converte il combustibile liquido in un gas combustibile ricco di idrogeno per azionare il modulo della cella a combustibile. Durante le indagini sul dimostratore di sistema completo, i ricercatori hanno valutato i punti operativi, le variazioni di carico e il comportamento di partenza. I valori di emissione sono ben al di sotto di quelli delle unità motore convenzionali.
Lo sviluppo del modulo del gas di processo ha fatto un grande passo avanti verso la maturità tecnologica. Un elemento centrale del modulo è il convertitore catalitico integrato, la cui durata ha un forte impatto sull’economia dell’intero sistema. Con strategie di processo ottimizzate, ad esempio per quanto riguarda la temperatura e il rapporto di miscelazione dell’acqua, nonché la combinazione con combustibili sintetici e biogenici privi di zolfo, è possibile ottenere una maggiore durata del catalizzatore di oltre 10.000 ore. Ciò significa che possono essere raggiunti anche concetti di manutenzione economici. Inoltre, è stato possibile chiudere il bilancio dell’acqua di processo dell’impianto condensando l’acqua e trattandola per l’utilizzo nel circuito.
Nuovo sviluppo: ricircolo dei gas di scarico ad anodo passivo
Il gas anodico residuo caldo delle celle a combustibile rimane nel sistema per un ulteriore utilizzo. Una parte del gas residuo viene convertita in energia termica nel postbruciatore, che viene quindi utilizzata tramite uno scambiatore di calore ad alta temperatura per fornire il vapore di processo nel processo di steam reforming. Per utilizzare il gas residuo residuo, OWI ha sviluppato una tecnologia completamente nuova: il ricircolo del gas anodico passivo. Di conseguenza, i componenti contenenti idrogeno del gas residuo rimangono nel sistema e possono continuare ad essere utilizzati. Il ricircolo del gas residuo con soffianti a gas caldo è lo stato dell’arte nei sistemi a celle a combustibile SOFC, ma sono costosi, soggetti a guasti e riducono l’efficienza complessiva del sistema. Il ricircolo di gas anodico passivo ha lo stesso scopo di un ventilatore, ma funziona attraverso un getto di vapore caldo. OWI ha sviluppato il componente con l’ausilio di simulazioni numeriche (CFD). La produzione è stata effettuata utilizzando il processo di stampa 3D dei metalli, che consente la produzione di dispositivi compatti che occupano molto meno spazio nel sistema. I test sui materiali effettuati da OWI confermano la comparabilità della produzione additiva con i componenti fabbricati in modo convenzionale. Un proof of concept mostra la funzionalità del ricircolo per tutti i punti operativi, i casi di avvio e cambio di carico.
La chiave del successo del progetto è stata la conoscenza dei processi dei sistemi complessi e dei processi di produzione intelligenti per componenti compatti ad alta densità di potenza. Il dimostratore di laboratorio è già stato potenziato per l’implementazione di un dimostratore di sistema complessivo più ampio con una potenza di 300 kWel. La sua attuazione è l’obiettivo di un progetto di follow-up pianificato. I partner del consorzio MultiSchIBZ guidato da OWI Science for Fuels gGmbH erano DNV, Hülsenbusch Apparatebau, Institute for Thermodynamics presso Leibniz University Hannover, Institute for Electrical Energy Systems presso Leibniz University Hannover, Rosswag Engineering, Sunfire, Tec4Fuels e il Center for fuel cell technology .
MultiSchIBZ è stato uno dei progetti faro del cluster di ricerca e4ships per lo shipping sostenibile del futuro. È stato finanziato dal Ministero federale per gli affari digitali e i trasporti con un totale di 7.163.422 euro nell’ambito del Programma nazionale di innovazione per la tecnologia dell’idrogeno e delle celle a combustibile. La linea guida di finanziamento è coordinata da NOW GmbH e implementata dall’agenzia di gestione del progetto Jülich (PtJ).
La OWI Science for Fuels gGmbH è un istituto di ricerca indipendente e senza scopo di lucro. In collaborazione con partner dell’industria e della ricerca, OWI ricerca e sviluppa concetti e tecnologie nei campi dell’uso efficiente dal punto di vista energetico di combustibili e combustibili liquidi convenzionali e alternativi, nonché di tecnologie innovative per l’efficienza. L’obiettivo sono soluzioni tecnicamente mature, a basse emissioni di gas serra ea basse emissioni per la produzione di calore e la mobilità di domani. OWI è un istituto affiliato alla RWTH Aachen University e si considera un intermediario tra la ricerca di base e l’applicazione. Nell’ambito del trasferimento tecnologico, OWI lavora su progetti finanziati con fondi pubblici e contratti di ricerca industriale. Tra i clienti figurano, ad esempio, i produttori di sistemi di riscaldamento domestici,
