Integrazione di una cella a combustibile SOFC con un sistema di combustione dell'alluminio

Negli ultimi decenni, la crescente domanda energetica e la crisi climatica hanno reso urgente sviluppare tecnologie a basso impatto ambientale per sostituire i combustibili fossili. L’idrogeno emerge come uno dei vettori energetici più promettenti grazie alla sua alta densità energetica e alle basse emissioni dalla sua combustione. Tuttavia, i metodi di produzione attuali e le difficoltà di trasporto e stoccaggio limitano il suo impiego. La comunità scientifica è quindi alla ricerca di soluzioni innovative. Il progetto MetalH2 propone un sistema innovativo per produrre idrogeno verde, sfruttando la reazione dell’alluminio liquido con vapore acqueo per generare idrogeno e vapore ad alta temperatura. Questo processo è esotermico, non produce CO2 o altri inquinanti, e recupera ossido di alluminio e calore. La tesi esplora la simulazione di un impianto basato su questo sistema, utilizzando i prodotti di combustione in un ciclo a vapore surriscaldato e analizzando l'uso dell’idrogeno per produrre energia elettrica tramite fuel cell. Dopo aver esaminato le potenzialità dell’alluminio come vettore energetico e le reazioni chimiche, la tesi analizza le principali tecniche di produzione dell’idrogeno e le problematiche correlate. Vengono esplorate anche le fuel cell, con un focus sulle celle a ossidi solidi (SOFC), adatte a temperature elevate. Un capitolo descrive anche la ricerca del gruppo Unimore, che ha testato il combustore Al-H2O e il forno fusorio. Infine, vengono presentate le simulazioni su Aspen Plus, confrontando configurazioni con e senza fuel cell e al variare del rapporto combustibile/comburente λ. La configurazione con fuel cell ha dato una potenza elettrica di 9500 kW e un rendimento del 54%. La miglior configurazione energetica si ottiene con λ = 2,8, che garantisce temperature di funzionamento sostenibili. Nonostante i costi elevati, questa configurazione potrebbe essere realizzabile con le tecnologie attuali.