L’attività descritta nel presente Rapporto si inquadra nello sviluppo di un sistema integrato di accumulo di idrogeno e di conversione in energia elettrica tramite celle a combustibile. Nel precedente triennio di Ricerca di Sistema si è lavorato soprattutto allo sviluppo di sistemi di accumulo dell’idrogeno di capacità crescente, basati su idruri metallici (polveri di leghe metalliche a base di nichel, alluminio e lantanio). Tali attività si sono concluse con la progettazione e la realizzazione dell’unità di accumulo HS-6500. Su questo prototipo sono state eseguite una serie di prove funzionali finalizzate all’accoppiamento con una cella a combustibile ad elettrolita polimerico (P. Savoldelli e M. Scagliotti, “Sviluppo di un sistema innovativo di accumulo ad idruri metallici. Prove di accoppiamento, solo lato idrogeno, tra l’accumulatore HS-3000 e una cella PEM da 5 kW. Prove funzionali del nuovo accumulatore HS-6500, progettato per un accoppiamento integrale con una cella PEM”, Rapporto di Ricerca di Sistema CESI A3/012459, 2003). Questo accoppiamento realizza di fatto la parte meno convenzionale di un accumulatore elettrico ad idrogeno, e cioè la riconversione in energia elettrica dell’idrogeno immagazzinato. Nel presente Rapporto vengono descritte, assieme ad una breve panoramica sullo stato dell’arte delle tecnologie di accumulo di idrogeno attraverso sistemi solidi, le successive azioni intraprese, finalizzate alla realizzazione di un sistema integrato accumulo di idrogeno–cella a combustibile completamente automatizzato, ed i risultati ottenuti. Presso i laboratori CESI sono stati progettati e realizzati l’impianto integrato ed il software di gestione e controllo automatizzato; sono inoltre state definite le procedure operative e realizzata una serie di prove. Il sistema integrato è basato sul prototipo di accumulo da 6500 Nl di idrogeno e su un sistema composto da tre unità di potenza PEM da 1 kW della ReliOn. Le tre unità PEM sono state installate e caratterizzate in CESI; nel presente documento vengono riportati ed analizzati alcuni dati sulle loro prestazioni e sulla loro efficienza (per maggiori dettagli: Mauro Scagliotti, “Sperimentazione di un sistema di accumulo e utilizzo dell’idrogeno mediante fuel cell PEM di nuova generazione: messa a punto di procedure operative orientate all’automazione del sistema, inclusi gli avviamenti”, Rapporto di Ricerca di Sistema CESI A4513409, 2004) Il sistema di gestione e controllo dell’intero impianto si basa su un software realizzato in ambiente LabVIEW™, in grado di gestire in automatico una serie di cicli comprendenti: • la carica dell’accumulo di idrogeno in idruri, a partire dal pacco bombole sorgente; • la successiva fase di scarica (riscaldamento degli idruri) ed il funzionamento delle PEM che utilizzano l’idrogeno rilasciato; • la simulazione di differenti profili di carico elettrico.

Particolare attenzione è stata dedicata alla fase di avviamento della conversione dell’idrogeno in energia elettrica, che risulta delicata poiché nei primi momenti di funzionamento la potenza termica recuperabile dalle PEM è molto bassa. Dopo una serie di prove finalizzate alla determinazione di alcune grandezze chiave alle quali legare la gestione automatica del sistema, sono stati effettuati numerosi cicli di carica/scarica in automatico, l’analisi dei quali ha consentito di concludere che l’accoppiamento tra le PEM e l’accumulo a idruri metallici è fattibile ed il suo impiego può risultare di particolare interesse nel caso in cui il raffreddamento delle PEM sia effettuato ad acqua. Il sistema non ha mostrato sensibili segni di degrado in seguito alla realizzazione dei cicli di carica/scarica, mantenendo praticamente invariata la sua capacità di accumulo. Anche la fase critica di avviamento PEM dopo la carica è stata superata, definendo una particolare procedura operativa. La conduzione dell’impianto è risultata alquanto appesantita dall’inerzia termica conseguente alla scelta di utilizzare un unico circuito dell’acqua, col quale gestire sia il riscaldamento che il raffreddamento del sistema ad accumulo: la separazione dei due circuiti apporterebbe una maggiore snellezza delle operazioni di carica/scarica ed una più veloce risposta del sistema alle variazioni di stato. Il sistema sviluppato e sperimentato con successo va considerato come il prototipo di sistemi di generazione dalle molteplici e versatili applicazioni, quali, ad esempio: – sistemi mobili di generazione elettrica, alimentati ad idrogeno e caratterizzati da buona autonomia, totale assenza di emissioni nocive e silenziosità; – parte di un sistema di generazione alimentato da fonte rinnovabile (solare, eolico, mini-idraulico), che sfrutta l’accumulo di idrogeno per disaccoppiare temporalmente, in tutto od in parte, l’andamento della produzione di energia primaria (per sua natura non programmabile) da quello dell’utilizzo dell’energia elettrica. I risultati di questa esperienza sono stati presentati alla Conferenza Internazionale “European Fuel Cell – Technology & Applications” tenutasi a Roma, presso il CNR, il 14-16 dicembre 2005 (A. Alberio, A. Del Corno, M. Scagliotti, C. Valli, A. Menapace, A. Tomasi “ Grid connected PEFC modules coupled with a metal hydride H 2 storage”, 1st European Fuel Cell Technology & Applications International Conference – Roma, 14-16/12/2005).