Le celle a combustibile sono molto sensibili alle impurità, che possono avere diversi effetti negativi. Anche livelli minimi di contaminanti come l'umidità (H₂O), l'ossigeno (O₂), l'azoto (N₂) o il monossido di carbonio (CO) possono compromettere l'efficienza della conversione, con conseguente riduzione della potenza erogata.
Nel tempo, questi contaminanti possono anche danneggiare i componenti della cella a combustibile, in particolare il catalizzatore, con conseguenti costose riparazioni o sostituzioni.
Il mantenimento della purezza è particolarmente importante nelle celle a combustibile conformi alla norma ISO 14687, che prevede limiti severi alla concentrazione di impurità come H₂O, O₂ e N₂.
L'esatta natura e il livello delle impurità possono variare a seconda della fonte di idrogeno, che sia di provenienza Steam Methane Reforming (SMR), pirolisi, o elettrolisi.
Ogni metodo di produzione dell'idrogeno può introdurre diversi contaminanti che devono essere monitorati e controllati prima che l'idrogeno entri nella cella a combustibile.
Misure chiave di purezza nell'idrogeno per celle a combustibile
Diverse misure di purezza sono fondamentali per garantire che l'idrogeno utilizzato nelle celle a combustibile soddisfi gli standard necessari per ottenere prestazioni elevate:
1. L'umidità (vapore acqueo) nell'idrogeno:
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L'umidità in eccesso può interferire con le reazioni elettrochimiche all'interno della cella a combustibile, causando una riduzione dell'efficienza e potenziali danni ai componenti della cella. Il monitoraggio dei livelli di umidità è fondamentale per garantire che il flusso di idrogeno sia sufficientemente asciutto per mantenere le prestazioni ottimali della cella a combustibile.
2. Ossigeno nell'idrogeno:
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La contaminazione da ossigeno può portare a una riduzione della potenza e dell'efficienza della cella a combustibile. Anche piccole quantità di ossigeno possono causare un significativo degrado delle prestazioni della cella a combustibile nel tempo. Il monitoraggio continuo dei livelli di ossigeno assicura che l'idrogeno rimanga privo di questo contaminante dannoso.
3. Monossido di carbonio (CO):
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Il monossido di carbonio è uno dei contaminanti più dannosi per le celle a combustibile, in particolare per quelle PEM. Il CO può adsorbire sul catalizzatore di platino, riducendo la sua capacità di facilitare la reazione idrogeno-ossigeno. Anche tracce di CO possono ridurre drasticamente le prestazioni e la durata di una cella a combustibile. Il monitoraggio dei livelli di CO è essenziale per evitare l'avvelenamento del catalizzatore.
4. Livelli di purezza dell'idrogeno:
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La purezza complessiva dell'idrogeno deve soddisfare standard rigorosi, come quelli definiti nella norma ISO 14687, che stabilisce le linee guida per i livelli di contaminanti accettabili nell'idrogeno utilizzato per le celle a combustibile. Il monitoraggio continuo della purezza dell'idrogeno garantisce che l'idrogeno soddisfi questi standard, evitando perdite di prestazioni e massimizzando l'efficienza delle celle a combustibile.
Ulteriori considerazioni sulla sicurezza: Installazione e integrità del pacchetto
Oltre ai problemi di purezza, per lo stoccaggio e la distribuzione dell'idrogeno nei sistemi a celle a combustibile sono fondamentali misure specifiche di sicurezza dell'installazione e di integrità del sistema. I sistemi di rilevamento delle perdite sono necessari per identificare eventuali perdite nella fornitura di idrogeno, che possono presentare seri rischi per la sicurezza. Inoltre, l'inertizzazione - il processo di aggiunta di un gas inerte per ridurre il rischio di combustione - può essere utilizzata per salvaguardare il sistema da eventi di accensione involontaria.
Quali tipi di analizzatori vengono utilizzati per la purezza dell'idrogeno nelle celle a combustibile?
Per mantenere la purezza dell'idrogeno ai livelli necessari per il funzionamento delle celle a combustibile, vengono impiegati diversi analizzatori avanzati per rilevare e rimuovere i contaminanti prima che l'idrogeno entri nella cella a combustibile.
