La stampa 3D di parti di celle a combustibile riduce i costi (enormemente)

La stampa 3D di parti di celle a combustibile riduce i costi (enormemente).

Mohawk Innovative Technology si rivolge a Velo3D per ridurre del 60% il prezzo dei soffiatori per il riciclo dei gas di scarico degli anodi.

È noto che gli idrocarburi rilasciano sostanze inquinanti quando bruciati. Tuttavia, come sembra ora, potrebbe non essere sempre necessario bruciarli quando si genera energia.

Un approccio promettente, che emerge dalla fase di ricerca – alla fase di commercializzazione – è la tecnologia delle celle a combustibile a ossido solido (SOFC). Il potenziale è reso chiaro attraverso una partnership tra Mohawk Innovative Technology e Velo3D.

Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) investe da anni nelle SOFC (750 milioni di dollari dal 1995, secondo il loro sito web) come parte dello sforzo continuo per decarbonizzare la produzione di energia.

Il DOE descrive un SOFC come un dispositivo elettrochimico che produce elettricità direttamente dall'ossidazione di un combustibile idrocarburico (solitamente gas naturale), eliminando la fase di combustione vera e propria. Fondamentalmente, una SOFC si comporta come una batteria a vita infinita che viene costantemente ricaricata, senza bruciare il gas che la ricarica.

Piccolo pacchetto, grande produzione di energia

José Luis Cordova, Ph.D., VP of Engineering presso Mohawk Innovative Technology Inc. (MITI), ha dichiarato:

Le celle a combustibile a ossido solido sono molto attraenti perché producono molta energia in contenitori molto piccoli.

Lavorando su diversi programmi finanziati dal DOE, Mohawk è un'azienda di 28 anni con sede ad Albany, New York, specializzata in "CleanTech", la progettazione di turbomacchine ad alta efficienza, economiche, a basso impatto ambientale e senza olio prodotti tra cui turbogeneratori a energia rinnovabile, turbocompressori/soffianti oil-free e motori elettrici.

"Le SOFC sono compatte e possono essere costruite in una fabbrica, quindi trasportate nel sito specifico dove sono necessarie per supportare la produzione di energia distribuita", ha affermato Jose Luis Cordova.

“Confrontiamolo con la solita centrale elettrica centralizzata da molti megawatt, la cui installazione richiede miliardi di dollari e molti anni. Anche le SOFC sono molto efficienti. A differenza di una normale batteria, non perdono potenza nel tempo perché finché si forniscono i reagenti è possibile continuare le reazioni elettrochimiche praticamente all'infinito.

Sebbene nel 2019 siano state spedite in tutto il mondo più di 40.000 unità di celle a combustibile da 100 kilowatt (ciascuna in grado di alimentare 50 case), l’adozione diffusa della tecnologia è stata limitata a causa del fatto che molti dei componenti SOFC sono costosi da produrre e questi componenti si usurano. escono rapidamente grazie all'esposizione agli stessi gas che rendono il loro funzionamento così efficiente.

Affrontare problemi di costo e durata

Per contribuire a superare tali sfide, Mohawk ha progettato alcune di queste parti critiche per una durata più lunga e una maggiore efficienza. Un esempio è il ventilatore di riciclo dei gas di scarico dell'anodo (AORB), un componente essenziale del "bilanciamento dell'impianto" (il macchinario che supporta il camino del combustibile della SOFC).

Durante il funzionamento, ciascuna cella a combustibile utilizza solo circa il 70% del gas con cui viene alimentata. Il resto del 30% circa passa attraverso il sistema insieme all'acqua (prodotto della reazione elettrochimica).

"Non vuoi buttare via i residui di gas o acqua, vuoi rimandarli all'inizio del processo", ha detto Jose Luis Cordova. “Ed è qui che entra in gioco l'AORB; è essenzialmente un compressore o una ventola a bassa pressione che ricicla i gas di scarico e li riporta nella parte anteriore della cella a combustibile."

"I progettisti del bilancio dell'impianto SOFC pensavano che questo ventilatore sarebbe stato un'unità standard", ha affermato Jose Luis Cordova (un tipico impianto SOFC da 250 kW ne impiegherebbe due]).

“Ma a causa dei gas di processo presenti nel sistema, i soffiatori tradizionali tendono a corrodersi e degradarsi; l'idrogeno presente nella miscela attacca le leghe di cui sono costituite le soffianti e danneggia anche i magneti e i componenti elettrici dei motori che alimentano le soffianti. La maggior parte dei soffiatori contiene anche lubrificanti, come l’olio, anch’essi degradabili”.

"Quindi ti ritrovi con soffianti a bassissima affidabilità - che rappresentano una parte significativa del costo complessivo dell'impianto - e il tuo impianto SOFC necessita di una revisione ogni due o quattromila ore."