Collaborazione Venair-Ballard per i tubi delle celle a combustibile marine

Ballard Power Systems, fornitore leader a livello mondiale di soluzioni innovative per celle a combustibile a energia pulita, sta ora svolgendo un ruolo chiave nell'aiutare le industrie marine ad affrontare il problema delle emissioni di gas serra (GHG) in acqua e nei porti, incorporando le celle a combustibile nelle imbarcazioni marine. Negli ultimi anni, le normative in materia di riduzione dei gas serra hanno imposto al traffico marittimo di agire e di passare a soluzioni a emissioni zero. A tal fine, Ballard sta aiutando l'industria navale a implementare sistemi a celle a combustibile per passare a navi a emissioni zero.

Sintesi

Per lo sviluppo del progetto, Ballard si è affidata a Venair per garantire le migliori soluzioni di trasferimento. Ballard aveva bisogno di tubi flessibili personalizzati che si adattassero ai suoi sistemi e che presentassero la massima purezza per ottenere la massima efficienza.

In questo caso di studio spieghiamo le seguenti soluzioni fornite:

Tubi lato anodo che soddisfano i requisiti più esigenti in materia di trasferimento dell'idrogeno.

Tubi lato catodo per fornire la massima purezza.

Soluzioni personalizzate per garantire la massima efficienza e l'ottimizzazione del progetto.

Il progetto

In questo progetto, Ballard doveva fornire sistemi a celle a combustibile per imbarcazioni marine. Le celle a combustibile generano energia in corrente continua compatibile con le moderne architetture elettriche e ibride delle navi e possono essere impiegate in configurazioni parallele e dispacciabili per soddisfare i requisiti di potenza variabili delle navi.

La tecnologia

Le celle a combustibile Ballard sono una fonte di energia elettrica a emissioni zero, ad alta efficienza, a bassa manutenzione e scalabile, e si prevede che saranno una soluzione importante per raggiungere la riduzione delle emissioni richiesta dall'industria navale. Le celle a combustibile Ballard hanno già dimostrato di poter funzionare, senza sostituire o ricostruire lo stack, per oltre 30.000 ore in applicazioni di transito per impieghi gravosi e sono impiegate in ambienti difficili, dalle regioni desertiche a quelle più fredde.

La sfida

La tecnologia delle celle a combustibile utilizza l'energia elettrochimica invece dell'energia di combustione (come fanno i motori attuali). Per farlo, i motori a celle a combustibile necessitano da un lato di idrogeno e dall'altro di aria. Le celle a combustibile forniscono energia per alimentare qualsiasi mezzo di trasporto e l'unico scarto è il vapore acqueo e un po' di calore. Tuttavia, questa tecnologia richiede la massima purezza per garantire la massima efficienza dei motori a celle a combustibile. Quanto più bassa è la purezza dell'idrogeno e dell'aria, tanto più bassa è l'efficienza.

Queste esigenze, molto specifiche, implicano requisiti tecnici molto esigenti per garantire la soluzione più ottimizzata.

I requisiti

Per considerare le esigenze dei tubi flessibili, ci sono tre domande fondamentali ma importanti da porre:

1.   Quale prodotto deve essere trasportato?
2.  A quale temperatura? Interna ed esterna?
3.  A quale pressione viene trasportato il prodotto? Nella prima fase, analizziamo il progetto e verifichiamo che tutti i requisiti di base siano effettivamente soddisfatti, poiché i nostri prodotti standard soddisfano già queste specifiche tecniche.

Soluzioni

1. Prodotto da trasportare: Celle a combustibile Vena specificamente sviluppate per una permeabilità estremamente bassa per il passaggio dell'idrogeno gassoso e una massima purezza del materiale in modo che non contamini la cella. Vitosil: Strato interno in FKM per ridurre al minimo la permeabilità e garantire la minore quantità possibile di volatili.

2. Resistenza alla temperatura: Le PEMFCS sono celle a combustibile a bassa temperatura, quindi di solito funzionano a temperature comprese tra 40C e 1 109C. I nostri tubi sono perfettamente conformi a queste temperature e fino a 220C.

3. Resistenza alla pressione: I requisiti di pressione non sono solitamente molto elevati nelle PEMFC, ma se necessario, i nostri prodotti sono in grado di resistere a pressioni elevate grazie all'aggiunta di rinforzi e tessuti intrecciati, nonché di spirali in acciaio inossidabile o plastica, se necessario.

Poi abbiamo incontrato gli ingegneri Ballard per discutere le specifiche eccezionali per soddisfare i requisiti di questo progetto personalizzato di celle a combustibile:

• Trasportare idrogeno allo stato gassoso (gas critico).
• Le celle a combustibile hanno una tolleranza estremamente ridotta ai volatili contaminanti.
• Conformità alle certificazioni DNV-GL per le celle a combustibile per uso marino.

Tubi per idrogeno per celle a combustibile

Tubi per il lato anodico

Ballard ha dovuto fornire tubi flessibili specifici per il trasporto dell'idrogeno dal serbatoio al motore della cella a combustibile. Questi tubi devono essere adattati all'ubicazione e alla posizione del motore, all'apertura dei tubi multipli per l'ingresso del motore, alla temperatura di esercizio, alla pressione specifica, al controllo della pressione, al controllo del prodotto.

Per risolvere tutti questi aspetti, Venair ha collaborato con Ballard per trovare la soluzione migliore ai requisiti specifici di questa tecnologia a celle a combustibile.

Abbiamo utilizzato il nostro prodotto Vitosil per soddisfare i requisiti del passaggio dell'idrogeno:

Assicurare la minima permeabilità

Per la conduzione di qualsiasi gas, è necessario un tubo a permeabilità estremamente bassa, in modo che il gas non attraversi la parete del tubo e non fuoriesca.

In questo caso, utilizziamo il nostro prodotto Vitosil. I nostri prodotti Vitosil sono composti da uno strato interno in fluorocarbonio (FKM). Lo strato interno in FKM presenta un'elevata compatibilità chimica con i prodotti condotti, nonché una permeabilità estremamente bassa che consente il passaggio dei gas senza perdite attraverso il materiale.

In alternativa, è possibile utilizzare il materiale Vena Fuel Cells: un elastomero composito appositamente progettato per l'uso nelle celle a combustibile. Celle a combustibile che consente una permeabilità inferiore rispetto alla moderata permeabilità del silicone, ma senza perdere la maggiore flessibilità e l'elevata purezza del silicone.

La più bassa contaminazione possibile

Sia l'FKM utilizzato come materiale interno che i nostri tubi specifici per le celle a combustibile sono progettati specificamente per espellere il minor numero possibile di volatili, in modo da non contaminare le membrane delle celle a combustibile e da non influire in alcun modo sull'efficienza della cella a combustibile.

L'uso di materie prime di elevata purezza e qualità in Vena Fuel Cells e Vitosil garantisce un bassissimo contenuto di sostanze lisciviabili e l'inerzia dei componenti nell'ambiente delle celle a combustibile.

Tubi aria per celle a combustibile

Tubi per il lato catodico

Per ottenere la reazione elettrochimica della cella a combustibile, l'aria deve entrare dall'altro lato della membrana (tubi per il lato catodico).

Come per i tubi dell'idrogeno, i tubi per la conduzione dell'aria dovevano soddisfare requisiti diversi, specifici per la situazione e le caratteristiche di lavoro. Per soddisfare questi requisiti, abbiamo utilizzato Sil 200/USP.

Elevato livello di pulizia e purezza

Vena® Sil 200 USP è un prodotto realizzato con uno strato interno di silicone polimerizzato al platino (conforme a FDA, USP, BfR) e uno strato esterno di silicone VMQ insieme a poliestere intrecciato.

L'elevata purezza dello strato interno consente l'ingresso di ossigeno con il minimo di sostanze lisciviabili, in modo che la membrana a scambio protonico della PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) non venga contaminata.

Parallelamente, poiché Ballard lavora con le PEMFC, le membrane delle celle a combustibile devono essere regolarmente umidificate per mantenere buone prestazioni. D'altra parte, i tubi flessibili sono necessari anche per il passaggio dell'acqua DI per le funzioni di raffreddamento del motore. A tal fine, è stato necessario un sistema di alimentazione dell'acqua DI per fornire acqua al motore a celle a combustibile.

Per l'alimentazione dell'acqua DI al PEMFCS sono necessari tubi flessibili ad alta purezza, quindi abbiamo risolto il problema con il prodotto Sil 200/USP (conforme a USP, FDA, BfR). Questo prodotto ha fornito una soluzione ad alta purezza che ha permesso di utilizzarlo anche in situazioni di elevata flessibilità e alte temperature.

Risultati e piani

Possiamo concludere che come azienda è stata un'ottima opportunità e una sfida lavorare con una delle aziende leader. Nella transizione verso l'energia pulita. Ballard, con la sua tecnologia all'avanguardia delle celle a combustibile, si sta posizionando sempre più come una delle aziende che avranno il maggiore impatto sulla transizione ecologica globale. Noi di Venair abbiamo già lavorato a diversi progetti Ballard e continuiamo a collaborare per migliorare e lavorare per risolvere le loro sfide per rendere il mondo più verde.

Oggi collaboriamo con i principali attori del settore per partecipare allo sviluppo di questa nuova tecnologia. Certificare i nostri prodotti per raggiungere gli standard più elevati e accreditare l'alta qualità dei nostri prodotti. Ad esempio, nel caso delle celle a combustibile per uso marittimo, siamo in fase di certificazione presso l'ente riconosciuto per gli standard marini DNV-GL.

Leggete le notizie più aggiornate sull'industria delle celle a combustibile e dell'idrogeno su FuelCell Works.