TECNOPOLO TALKS Il Tecnopolo della provincia di Ravenna si racconta

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1 TECNOPOLO TALKS Il Tecnopolo della provincia di Ravenna si racconta Programma pilota per lo sviluppo sperimentale di tecnologie ad idrogeno per i primi mercati e la decarbonizzazione Laboratorio di Ricerca Energia Ravenna Sala Nullo Baldini, Ravenna 26 Settembre 2013

2 Laboratorio Energia CNR OR2: Sistemi di generazione mobile e stazionaria alimentati a idrogeno OR4: Stazione di prova per combustori, separatori e riutilizzo della CO 2 Scenario Attività di Ricerca Applicazioni Industriali Case-study Prossimi passi Agenda

3 BACKGROUND necessità a tutti i livelli di produzione energetica di ridurre le emissioni di gas serra settore: trasporto mobile e applicazioni stazionarie unità di potenza celle a combustibile a Membrana Polimerica (PEMFC) Problematiche industriali da affrontare: 1 durata Applicazione Durabilità (anno) Portatile (<250W) 900 Wh L -1 (2015) Trasporto ( kw) 5000 ore (2017) Micro CHP (5kW) ore (2020) Medio CHP (100kW-3MW) ore (2020) Obiettivi DOE (US departement of Energy) 2 riduzione dei costi (ob. DOE 2015 $30/kW per mobile) 3

4 ATTIVITÀ DI RICERCA OR2: Sistemi di generazione mobile e stazionaria alimentati a idrogeno Obiettivi: Realizzazione di uno studio inerente i sistemi a celle a combustibile per applicazioni in sistemi di trasporto di primo mercato, sia terrestre che navale Garantire una piattaforma tecnologica unica, in grado di permettere possibili applicazioni di mercato in grado di garantire una produzione sufficiente ed effettuare investimenti nell automazione della produzione con il conseguente abbattimento dei costi di produzione Inizio delle attività: Luglio 2011 Personale coinvolto: 1 persona (assegno di ricerca) Sede: CNR-ISTEC, via Granarolo 64 Faenza 4

5 ATTIVITÀ DI RICERCA OR4: Stazione di prova per combustori, separatori e riutilizzo della CO 2 Obiettivi: Progettazione di una stazione di prova/demo integrata con combustori, separatori e riutilizzo della CO 2, attraverso un processo algale La diversificazione della produzione energetica richiederà da una parte l utilizzo di fonti energetiche rinnovabili e dall altra l ottimizzazione dei processi tradizionali di combustione dei combustibili fossili con annessi processi di separazione, sequestro e riutilizzo della CO 2 Inizio delle attività: Luglio 2011 Personale coinvolto: 1 persona (assegno di ricerca) Sede: CNR-ISTEC, via Granarolo 64 Faenza 5

6 APPLICAZIONI INDUSTRIALI OR2: Sistemi di generazione mobile e stazionaria alimentati a idrogeno analisi approfondita dei sistemi PEMFC (realizzazione di una review in merito) componente con le maggiori criticità: Membrana Assemblata (MEA) costi principali catalizzatore a base di Platino soluzioni leghe di Platino (Pt-Co,Pt-Ni, Pt-Fe,Pt-V) altri metalli come Rutenio e Palladio catalizzatori organici durabilità crossover influenzato da: temperatura pressione umidità degradazione della MEA fenomeno del crossover : -riduzione efficienza della cella -perdita di idrogeno (combustibile) -riduzione durabilità analisi elettrochimiche analisi morfologiche della MEA 6

7 APPLICAZIONI INDUSTRIALI OR2: Sistemi di generazione mobile e stazionaria alimentati a idrogeno caratterizzazione stack PEMFC proprietà del sistema in condizioni reali acquisizione di curve i-v e di potenza (sistema NEXA,40 celle reffreddate ad aria T C,p 1,6bar) 7

8 Approccio CNR-TECNOPOLO ai veicoli a Fuel Cell a 1. I VEICOLI ELETTRICI (BASATI SOLO SULLE BATTERIE) HANNO 2 GRANDI LIMITI: a. Ridotta autonomia (bassa capacità delle batterie) b. Tempi di ricarica troppo lunghi (6-8 h) con lunghi periodi di inattività del veicolo 2. L INTRODUZIONE DELLE FC NEL MERCATO AUTOMOBILISTICO: a. CONFIGURAZIONE RANGE EXTENDER e non TOTAL FUEL CELL b. Utilizzo delle FC nelle applicazioni a flotte (bus urbani, car sharing, car pooling). In queste applicazioni I limiti delle batterie sono più evidenti rispetto ai veicoli privati 8

9 Approccio CNR-TECNOPOLO ai veicoli a Fuel Cell 3. L IMPIEGO DI UNA FC DI PICCOLA TAGLIA, FINALIZZATA ALL INCREMENTO DELL AUTONOMIA, COMPORTA DIVERSI VANTAGGI RISPETTO ALLA CONFIGURAZIONE TOTAL FC: a. Costi ridotti per il FC system b. Meno idrogeno da stoccare a bordo (riduzione dei pesi e dei costi) c. Incremento dell autonomia rispetto allo stesso veicolo in configurazione puramente elettrica d. Minori tempi di ricarica (le batterie non si scaricano totalmente alla fine del ciclo di lavoro) e. Realizzazione di prodotti competitivi in termini di costi con conseguente facilità di introduzione sul mercato automobilistico 9

10 Il concetto di flotte per veicoli a Fuel Cell MOTIVAZIONI TECNICHE Autonomia (h o km) Veicoli Elettrici Convenzionali Bassa: Funzione della capacità delle batterie Veicoli Ibridi a FC Alta: Funzione della quantità di H 2 stoccato a bordo Tempi di ricarica Circa 6-8 h Pochi minuti (come benzina) Numero di veicoli (impiegati nella flotta) Molti : Funzione dei tempi persi per la ricarica delle batterie Inferiore: la maggiore autonomia riduce quasi a zero i tempi persi per la ricarica delle batterie 10

11 Il concetto di flotte per veicoli a Fuel Cell MOTIVAZIONI ECONOMICHE Veicoli Elettrici Convenzionali Veicoli Ibridi a FC Capitale iniziale (for future perspectives) Alto: Funzione del numero di veicoli Ridotto: In quanto il numero di veicoli è inferiore Costi di manutenzione Alti: Proporzionale al numero di veicoli (in qs caso elevato) Ridotti : Proporzionale al numero di veicoli (in qs caso inferiore). 11

12 12 Il concetto di flotte per veicoli a Fuel Cell

13 Il concetto di flotte per veicoli a Fuel Cell Arrivando allo stesso valore finale di SoC (20%) la configurazione HEV consente di incrementare il range di autonomia di circa il 40% rispetto alla configurazione puramente elettrica 20% 12h 45min Incremento del 40% 18h 10min 13

14 @WORK Case-study: applicazione PEMFC come unità di potenza in carrelli elevatori Analisi del tessuto produttivo provinciale caso studio: azienda Montini (Cotignola) Bingo Plus serie N possibili soluzioni PEMFC (confronto potenza e peso): Ballard modelli 9 SSSL Needstack modelli HP PlugPower Vantaggi: -riduzione tempi di ricarica (<5minuti) = aumento produttività -produzione di idrogeno in situ (da fonti rinnovabili) Problemi: -bilanciamento del peso complessivo (unità elettriche aggiuntive) -sicurezza idrogeno 14

15 @WORK Case-study: applicazione PEMFC elettrolizzatori per la produzione di idrogeno Progetto MHYBUS Produzione della miscela: Autobus per il trasporto pubblico a miscela idrogeno/metano sostituiti con idrolizzatore PEMFC alimentato con rinnovabili ulteriore riduzione emissioni CO 2 produzione di idrogeno in situ 15

16 PROSSIMI PASSI OR2: Sistemi di generazione mobile e stazionaria alimentati a idrogeno testing in condizioni reali di funzionamento (cicli di lavoro carrello elevatore) sistemi ibridi PEMFC/batteria studio di nuovi materiali per ridurre i costi incrementare la durabilità delle celle OR4: Stazione di prova per combustori, separatori e riutilizzo della CO 2 16

17 PROSSIMI PASSI SHIP CHARGING WIND PLANT Electr ic Vehic les charg ing ELECTRIC VEHICLES CHARGING CNR-TECNOPOLO-REGIONE- AUTORITA PORTUALE 17

18 CONTATTI Vincenzo Antonucci (CNR-ITAE, responsabile scientifico Laboratorio Energia) Alessandra Sanson (CNR-ISTEC, responsabile attività Laboratorio Energia) Nicola Sangiorgi (assegnista CNR, laboratorio Energia) (tel. 0546/699743) (tel. 0546/699742) 18