Il vettore idrogeno è considerato uno degli assi portanti dei sistemi energetici, almeno delle nazioni sviluppate, a partire dalla seconda metà del corrente secolo. L’impatto dell’idrogeno nel settore elettrico è tutto da verificare. Tra gli utilizzi dell’idrogeno per la generazione elettrica, oltre alle Fuel Cells, è opportuno investigare anche l’utilizzo nelle turbine a gas (attualmente una delle macchine di generazione più diffuse nel sistema elettrico), sia per verificarne le potenzialità per gli eventuali “retrofit” ad idrogeno, sia al fine di verificarne le potenzialità di sviluppo, per taglie limitate, nella generazione distribuita. In tale contesto è stato definito il Work Package H2TG del Sottoprogetto H2 del Progetto GEN21, nel quale sono inseriti sia studi sulla combustione dell’idrogeno in turbine a gas industriali, sia studi sulla combustione flameless dell’idrogeno. L’attività è condotta quasi interamente da Enel Produzione Ricerca. CESI ha partecipato alle fasi di definizione delle specifiche dell’attività ed alla valutazione dei risultati, anche al fine di un inquadramento ottimale nelle attività del sottoprogetto H2. La combustione “flameless” è un regime di combustione che utilizza aria comburente fortemente preriscaldata in una camera ad elevato ricircolo di gas, in modo da realizzare una combustione molto omogenea, prima dei punti caldi tipici delle normali fiamme diffusive e/o premiscelate. Questo tipo di combustione consente di ridurre fortemente, rispetto ai regimi di combustione classici, la formazione di ossidi di azoto, pur mantenendo buone efficienze di combustione, con costi ridotti rispetto alle tecnologie concorrenziali, quali la combustione catalitica. Nel rapporto viene descritta l’attività svolta a riguardo della sperimentazione della combustione flameless, in un sistema cogenerativo di piccola taglia, utilizzando miscele di gas naturale e idrogeno in proporzioni variabili. In particolare, è stato caratterizzato un motore Stirling cogenerativo di potenza nominale di circa 40 kW (10 kW elettrica e 30 kW termica), equipaggiato con un combustore flameless progettato per gas naturale. La caratterizzazione è stata eseguita attraverso una campagna sperimentale volta a valutare il funzionamento e le prestazioni della macchina in condizioni di off-design spinto, alimentando al combustore miscele di gas naturale e idrogeno fino al 45% in volume di idrogeno (equivalenti a circa il 21% di input termico).

Le performance della macchina sono risultate valide, sia dal punto di vista dei rendimenti che da quello delle emissioni gassose, soprattutto a carichi più vicini al massimo nominale. La riduzione di performance e l’aumento di impatto ambientale, osservabili soprattutto ai carichi più bassi, sono presumibilmente dovuti ad instabilità fluidodinamiche che si verificano in assetto flameless a tali condizioni operative.