L’analisi delle perdite di idrogeno nelle Fuel Cell

L’analisi delle perdite di idrogeno nelle Fuel Cell

Le fuel Cell, o pile a combustibile, sono dispositivi rivoluzionari che convertono l’energia chimica dell’idrogeno in energia elettrica attraverso reazioni elettrochimiche. Questa tecnologia offre il potenziale per una produzione di energia pulita e altamente efficiente, con una vasta gamma di applicazioni, dall’energia stazionaria alle automobili a idrogeno. Tuttavia, il monitoraggio e l’analisi dell’idrogeno all’interno delle fuel cell rivestono un ruolo cruciale per garantirne il corretto funzionamento e ottimizzare le prestazioni.

Le Cause delle Perdite di Idrogeno

Le perdite di idrogeno nelle celle a combustibile possono verificarsi in diversi punti del processo. Ecco le principali cause:

1. Perdite di diffusione: L’idrogeno può diffondersi attraverso i materiali delle membrane delle celle a combustibile. Questa perdita si verifica quando l’idrogeno, che dovrebbe essere convertito in elettricità, attraversa la membrana e viene persa.
2. Perdite di convezione: Le perdite di idrogeno possono verificarsi a causa di flussi non controllati all’interno della cella. Ciò può essere dovuto a variazioni di pressione o turbolenze all’interno della cella.
3. Perdite di permeazione: Le celle a combustibile sono dotate di guarnizioni per contenere l’idrogeno. Tuttavia, nel tempo, queste guarnizioni possono deteriorarsi, consentendo all’idrogeno di fuoriuscire.
4. Perdite di ricircolo: In alcune configurazioni di celle a combustibile, una piccola quantità di idrogeno può essere ricircolata attraverso il sistema per garantire che l’ossigeno e l’idrogeno reagiscano completamente. Le perdite di idrogeno possono verificarsi durante questo processo di ricircolo.

Ottimizzare l’Efficienza

Per ridurre le perdite di idrogeno e migliorare l’efficienza delle celle a combustibile, sono necessarie diverse strategie:

1. Miglioramento dei materiali della membrana: Sviluppare materiali di membrana più avanzati con una maggiore resistenza alla permeazione dell’idrogeno è fondamentale. Materiali come le membrane a scambio protonico (PEM) avanzate offrono una maggiore resistenza alle perdite di idrogeno.
2. Controllo della pressione: Mantenere una pressione adeguata all’interno della cella a combustibile può contribuire a ridurre le perdite di idrogeno attraverso flussi non controllati.
3. Monitoraggio costante: L’implementazione di sistemi di monitoraggio in tempo reale per rilevare le perdite di idrogeno è fondamentale per prevenire potenziali malfunzionamenti e ottimizzare le prestazioni.
4. Manutenzione preventiva: La manutenzione regolare delle celle a combustibile, inclusa la sostituzione delle guarnizioni o dei materiali deteriorati, è essenziale per prevenire le perdite di idrogeno.
5. Miglioramenti nella progettazione: Rivedere e ottimizzare la progettazione delle celle a combustibile per ridurre al minimo le perdite di idrogeno, compresi flussi di gas più efficienti e strutture di celle a combustibile più sigillate.

Rilevare la Concentrazione di Idrogeno

La concentrazione di idrogeno nell’ambiente all’interno di una fuel cell è di importanza fondamentale. Questa concentrazione ideale si trova generalmente nell’intervallo del 3-4% in aria o ossigeno. Monitorare questa concentrazione è vitale per garantire che ci sia abbastanza idrogeno disponibile per alimentare la reazione chimica all’interno della cella. Sensori di idrogeno, noti come sensori di gas a idrogeno, vengono utilizzati per misurare la concentrazione di idrogeno nell’aria di alimentazione o nei gas di scarico. Questi sensori forniscono dati in tempo reale che consentono di regolare l’alimentazione di idrogeno in modo appropriato per garantire una produzione ottimale di energia.

Misurazione delle Prestazioni

Per valutare le prestazioni di una fuel cell, è necessario monitorare la quantità di idrogeno consumata durante il funzionamento. Questo viene fatto misurando il flusso di idrogeno in entrata e il flusso di acqua in uscita. La differenza tra i due flussi fornisce un’indicazione della quantità di idrogeno consumata per generare energia elettrica. Questa analisi delle prestazioni aiuta a determinare l’efficienza della cella e fornisce informazioni cruciali per il suo miglioramento.

Monitoraggio della Purezza dell’Idrogeno

La purezza dell’idrogeno è di particolare importanza in alcune tipologie di fuel cell, come le pile a combustibile a membrana a scambio di protoni (PEMFC). Anche piccole quantità di impurità nell’idrogeno possono danneggiare la membrana e influenzare negativamente le prestazioni complessive. Per garantire che l’idrogeno sia sufficientemente puro, vengono impiegati sistemi di purificazione dell’idrogeno e sensori di purezza dell’idrogeno.

Le celle a combustibile sono una tecnologia promettente che offre un’energia pulita e sostenibile. Tuttavia, le perdite di idrogeno rappresentano una sfida chiave da affrontare per massimizzarne l’efficienza. Attraverso lo sviluppo di materiali avanzati, il controllo della pressione, il monitoraggio costante e la manutenzione preventiva, è possibile ridurre al minimo queste perdite e garantire un utilizzo efficace dell’idrogeno nelle celle a combustibile.

E’ possibile analizzare le perdite di idrogeno attraverso lo strumento Gasman (rilevatore monogas portatile) della Crowcon commercializzato da Green Science.

Ludovica Alberti

Social Media Support & Logistic