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Titolo: Cosa sono le celle a combustibile e l'H2-Fuel Cell Day 12.11.2019 Modena

https://www.youtube.com/watch?v=klGGCCtoxYc
 
 
lezione universitaria, di 3 anni fa, ma penso interessante, almeno per chi non ha le conoscenze dei "baroni" del ng.
ah! sulla produzione dell'idrogeno non parlano di solare termodinamico.


la sto sentendo con piacere, molto chiara e schematica, 
ottima per formazione di base !
 
Sulle molten-carbonate non pensavo lavorassero a temperatura 
COSÌ elevata. Alta si, ma pensavo bastassero sui 600°. 900 
sono veramente tantissimi e sicuramente le relegano un po' 
ai margini, malgrado il costo basso e l'ecologicità 
(l'elettrolita è inexpensive)
 
Circa la reversibilità (ne parla al minuto 11), la cosa 
purtroppo è meno immediata di quanto non sembri, perché 
dipende dalla natura del materiale CATODICO (che in 
funzionamento inverso diventa ANODO).
Ora sono pochi, rognosi e costosi i cosiddetti "oxygen 
evolving electrodes", perché un conto è ossidare l'idrogeno 
(molti materiali sopportano senza problemi), tutt'altro è 
ossidare l'acqua producendo ossigeno (che tra l'altro mentre 
si forma include forme particolarmente aggressive, che se 
magari non includono "O" atomico, devastante, probabilmente 
liberano tracce di ossigeno molecolare in stati di spin non 
fondamentali, ad alta energia, se non persino tracce di 
ozono). Di norma solo elettrodi davvero estremamente nobili 
(Oro, platino e iridio, rodio) o che si passivino nelle 
condizioni d'uso (es. biossido di piombo) resistono senza 
logorarsi.
 
Non che sia un grosso difetto cmq, in molti casi d'uso una 
fuel cell verrà usata solo come PILA (es, su auto, autobus, 
navi), e laddove (usi stazionari) dovesse davvero essere 
usata in modo bidirezionale, quasi certamente sarebbe un 
migliore investimento tenere divisi (ed OTTIMIZZARE 
separatamente) la fuel cell e l'elettrolizzatore.
Magari avrà un costo iniziale maggiore, ma penso che come 
manutenzione avere materiali specializzati per un solo uso 
consenta una maggiore durata.
 
La fatidica OER (oxygen evolving reaction) è troppo critica 
per accontentarsi di elettrodi "generici" e reversibili.
 
Cmq torno alla visione !
 
-- 
1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
MarioCPPP
 

 
CUT
 
 
al minuto 17 lo schema delle efficienze mi ha abbastanza 
deluso :(
Ero piuttosto ottimista, ritenendo che il 65-70 % fosse 
ormai un rendimento abbastanza plausibile per le FC, mentre 
invece scopro che appena una specializzazione (quelle 
alcaline) raggiungono il 65 % al massimo, e purtroppo alcune 
molto appetibili per impianti a grossa scala (come le Molten 
Carbonates e ad acido fosforico, che sono di bocca buona sul 
fronte dei combustibili grezzi) toccano "appena" il 55 % e 
40 % rispettivamente, che non è granché.
 
UFF !


 40 % rispettivamente, che non è granché. 
 
in effetti è una lezione universitaria, ci andavo sicuro che vi sarebbe piaciuta.
rendimento basso?
talmente basso da rendere preferibili alternative?
se sì quali ci consigli?


beh, tra il 70 % e il 55 % cambiano molto le cose.
Imho converrebbe prendere a riferimento un rendimento di un 
DIESEL "std" al 35 % (che non è eccelso) ed ha una densità 
di energia del combustibile (gasolio) si vede molto bene nel 
grafico al minuto
30:15  di circa 37 MJ/L o  43 MJ/kg
 
ora guardiamo l'idrogeno
se il rendimento è 70 % (il doppio di 35 %) è un conto, se è 
55 % è solo 1,57 volte superiore.
E le densità energetiche sono (considero idrogeno non 
criogenico, a 700 bar) : 143 MJ/kg ma solo 6÷6,5 MJ/L, 
grossomodo UN SESTO della densità volumica.
 
Se la resa dunque è doppia, l'autonomia arriva a malapena ad 
un terzo dell'autonomia.
 
Se è una solo 1,57 volte, l'autonomia si riduce 
ulteriormente a poco più di un quarto. Diventa scomodo. 
Quello criogenico è un'alternativa fake, o evapora a palla e 
si disperde, oppure consumi troppo a mantenerlo così freddo.
 
A proposito, delle lunghe discussioni con Deboni circa la 
densità energetica della coppia metanolo / ammoniaca 
(entrambi candidati per le fuel-cells integrate da un 
piccolo REFORMER, sono citate anche nel video, in una 
figura, quella coi due semianelli).
 
Nella stessa figura al minuto
30:15
si vede bene che il metanolo sta SOPRA l'ammoniaca (liquida 
immagino) marginalmente su base massa, saranno 20 a 18,5 
MJ/kg, ma abbastanza nettamente su base volume (saranno 
circa 15 vs 11 MJ/L, circa un 37 % in più di densità 
energetica a favore del metanolo). Entrambi, su base 
volumica, battono persino l'idrogeno LIQUIDO !
 
Al minuto
29:43
c'è un altro schema (su cui ho qualcosa da eccepire) che ha 
pure esso costituito la base di diatribe (e la mia polemica 
perpetua contro il notissimo LITIO).
Ebbene, la figura mostra la disponibilità come aree, e coi 
colori la proiezione delle difficoltà di approvvigionamento 
futuro (che dipendono da dinamiche della domanda, 
accessibilità di fonti adeguate non troppo difficili da 
sfruttare).
 
Il Litio è di colore giallo, e imho è pure ottimistica, gli 
avrei dato l'arancione.
Tanti co-elettroliti e materiali attivi per le batterie al 
litio cmq (Co, Ni, V etc) sono gialli pure essi.
 
si noti l'alluminio ed il titanio VERDE.
La cosa su cui trovo da ridire è il giallo assegnato al 
magnesio. Ora a parte certe rocce carbonatiche (la dolomite) 
il magnesio in acqua di mare è se non ricordo male il 
secondo catione dopo il sodio, sebbene staccato. È vero che 
è una fonte diluita e non si sfrutta ora come ora a fronte 
di una domanda in pareggio.
Ma imho, casomai si decidesse di puntarci molto, tante fonti 
oggi non sfruttate potrebbero assorbire domanda 
arbitrariamente grande (lo stesso vale per sodio, calcio, 
alluminio, e un pochino meno per il potassio).
 
Nel grafico il Magnesio tocca i 44 MJ/L, battendo il gasolio 
e la benzina, anche se non di tanto quanto il mostruoso 
ALLUMINIO (nell'olimpo dei suoi 84 MJ/L)
 
Mi risulta che la metallurgia del magnesio possa surrogare 
l'uso del carbone (anche se ad oggi non si fa), quella 
dell'alluminio purtroppo non ho ancora trovato soddisfacenti 
progetti che possano surrogare il consumo (elevato) di 
carbone anodico, sempre a causa della maledetta Oxygen 
Evolving Reaction che citato negli altri commenti.
 
Insomma, su questi due metalli si sta facendo troppo poco. 
Vero è che hanno un'elettrochimica estremamente rognosa in 
senso "cinetico" e ben difficilmente diventeranno mai pile 
RICARICABILI IN SITU; REVERSIBILI ... ma mica è obbligatorio !
Si può prevedere l'estrazione di barre o lastre ossidate, 
consumate, e l'inserimento di barre o lastre di metallo 
granulato nuovo, e la ricarica fatta in impianti adatti 
centralizzati.
 
Sarebbe cmq una filiera chiusa, gli ossidi sono 
recuperabili, in modo diretto e non come nella CO2, dove ti 
devi sbattere a ricatturarla.
 
Una batteria AIR-BREATHING ad ALLUMINIO metallo umilia il 
GASOLIO su base densità energetica, e siccome lo umilia 
ANCHE come rendimento (è cmq una pila e il motore elettrico 
ha resa prossima a 100), chiaramente avrebbero un autonomia 
inimmaginabile, roba da 1 ricarica ogni 1000-1200 km
 
boh io li vedo alquanto sottovalutati ed under-investigated. 
Sarà mica che sono metalli troppo "democratici" ?


 beh, tra il 70 % e il 55 % cambiano molto le cose. 
[cut]
 
grazie per il bel trattato.
la cosa che mi perplime è che ci sia ancora molta divergenza, se non cose proprio sbagliate, guardando i video di youtube, preparati peraltro da persone titolate, il che è anche un po' inquietante


Non ha senso: se ho raggi solari concentrati li uso direttamente
per strappare via l'idrogeno, senza passare dalla meno efficiente
conversione in elettricita' e poi elettrolisi.
 
Vediamo dal 30'00".
 
- bassa densita' energetica volumetrica
- alta densita' energetica massica, ma di difficile gestione
  o perche' "criogenico" (liquido) o a pressione elevate
 
- vettore di energia che il sig.Romagnoli definisce "buon vettore" ma
  aveva appena parlato delle necessita' di usarlo liquido o a
  pressioni elevate; quindi, vettori "si", ma non cosi' "buono" come
  altri "vettori"
 
- il "vettore" e' utile per tenere per mesi un esubero di energia
  fino a quando ne abbiamo bisogno
 
31'00 - modi di produzione dell'idrogeno
 
- sono molti i modi per produrre l'idrogeno
- l'idrogeno ha gia' moltissimi usi [chimica e siderurgia] e quindi ne
  viene prodotto tantissimo
 
Metodi da rinnovabili:
 
- solare diretta (e' il modo immediato di usare il solare a concentrazione,
  non ha senso passare dall'elettricita', se vogliamo idrogeno, come non
  ha senso passare dall'elettricita' se vogliamo accumulo)
 
- biomasse  [non e' indicato come si passa a H2]
- fotovoltaico (elettricita' --> elettrolisi) H2
- eolico (elettricita' --> elettrolisi) H2
- geotermico (elettricita' --> elettrolisi) H2
- nucleare (elettricita' --> elettrolisi) H2
  ma si e' dimenticato che anche il nucleare si puo' usare per
  scindere l'idrogeno dalle molecole senza passare dall'elettricita'
 
- carbone --> gassificazione C
- gas metano --> cracking (termico/oss.parziale)
 
Riguardo alle stazioni, alla data c'era solo Bolzano, pare.
Ecco un elenco di oggi:
 
Centro idrogeno di Bolzano Via Enrico Mattei, 1	39100   Bolzano Trentino - Alto Adigio
ATM San Donato       Via Giuseppe Impastato, 27	20138   Milano  Lombardia
ENI Mantova          Via Francesco Vaini, 1	46100   Mantova Lombardia
Greccian Sud  Diramazione Firenze-Pisa-Livorno, KM 64 57014 Collesalvetti Toscana
Magliana Nord	Autostrada Roma-Fco km 5,657 00148 Roma	Lazio
Capo D´Orlando  Zona Industriale, Contrada Masseria 98071 Capo d'Orlando Sicilia
 
C'e' un errore fattuale: l'Hindenburg non e' esploso, ma "bruciato"
(e si scrive con la "n" e non la "r").
 
Sorvoliamo poi sulla bomba ad idrogeno: e' molto, molto faticoso riuscire
a fondere gli atomi di idrogeno, non e' qualcosa che puo' capiter per "accidente".
 

 scindere l'idrogeno dalle molecole senza passare dall'elettricita' 
 
il mio sconcerto continua ad aumentare: anche in una lezione universitaria sono state trovate delle mancanze


nello schema questa cosa c'era in realtà. Ho fermato spesso 
le schermate degli schemi grafici prima che ci parlasse alla 
veloce, ed il nucleare era menzionato tra le fonti elettriche.
 
Per inciso, non la ritengo una buona fonte in tal senso, 
perché è perfetta invece per un carico di base costante.
 
L'elettricità in sé è più pregiata dell'idrogeno, ed una 
sorgente che lavora a regime costante NON ha alcun bisogno 
della conversione in un vettore di accumulo (l'accumulo ce 
l'ha alla fonte, le sue scorte di barre di fissile). Usare 
un accumulo secondario significa solo sprecare in efficienza 
un qualcosa in ambo i sensi (prima nell'elettrolizzatore e 
poi nella fuel cell).
 
 
Al contrario, le fonti non programmabili e fortemente 
fluttuanti (tipicamente solari, e forse un po' meno eoliche) 
hanno questa necessità di trasferire energia dalle regioni 
di picco, di surplus, a quelle di carenza, quindi lì sì che 
elettrolizzare può avere un senso.
 
 
 
B.T.W. Sempre nella tabella di disponibilità dei materiali. 
Il THORIO era segnato in verde (unlimited), l'URANIO non 
ricordo bene se fosse in giallo o in arancio. Non è ritenuto 
un grosso investimento a lungo termine, insomma, cosa di cui 
dovrebbe tenere conto chi si accinge a cominciare da zero 
(situazione ben diversa di chi si limita a spremere a fondo 
il parco esistente).
In altre parole, imho sul "nuovo" ha senso solo investire 
sul THORIO, in modo da avere un orizzonte temporale di 
serenità esteso.


 perché è perfetta invece per un carico di base costante. 
 
che mi vien da dire non esiste, nel senso che sia il civile che l'industriale hanno periodicità peraltro non sovrapponibili, quindi quando non ci serve l'energia elettrica proveniente dal nucleare, la dobbiamo (ri)accumulare, in cosa sbaglio?

Armando Lario dice:

Come per pentola: basta abbassare il gas.
Una virtù delle centrali nucleari è che la produzione di energia 
(termica!) si può regolare.
 
-- 
Augusto


chiedo scusa, non avevo capito nulla :-)


Davvero credi sia così semplice come dice il tuo interlocutore?

 nel senso che sia il civile che l'industriale hanno periodicità peraltro non sovrapponibili, quindi quando non ci serve l'energia elettrica proveniente dal nucleare, la dobbiamo (ri)accumulare, in cosa sbaglio?
 
non ho detto che il consumo tout court sia costante, ma 
parlavo di carico base costante, ossia il minimo al di sotto 
del quale non si scende.
Quel minimo non è proprio poca cosa.
 
Il nucleare imho potrebbe venire dimensionato per coprire 
quello stretto minimo (non è adatto ad una modulazione 
"oraria", ma a livello mensile/stagionale sì, a scalini, 
spegnendo del tutto solo parte dei reattori), lasciando alla 
modulazione (es turbogas) o a fonti fluttuanti ed accumuli, 
la gestione della sola oscillazione.
