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Analisi sperimentale di una cella a combustibile passiva alimentata a metanolo diretto

Informazioni tesi

  Autore: Dario Camposarcone
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2013-14
  Università: Università degli Studi di Roma La Sapienza
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria energetica
  Relatore: Vincenzo Naso
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 86

Questa tesi si articola in 3 capitoli principali:
1. Celle a combustibile
2. Direct Methanol Fuel Cells
3. Sezione sperimentale

Nel primo capitolo si espongono l'architettura e i principi di funzionamento generali delle celle a combustibile, ponendo l'accento anche su aspetti relativi alla termodinamica e al rendimento di tali dispositivi. Sono dunque illustrate le diverse tipologie di fuel cells attualmente sul mercato e le loro caratteristiche generali.

Il secondo capitolo è dedicato specificamente allo stato dell'arte delle celle a combustibile alimentate a metanolo diretto, con particolare riferimento alla configurazione passiva. Sono descritti nel dettaglio i componenti e analizzati i vantaggi e le problematiche.

Il terzo e ultimo capitolo è la parte sperimentale della tesi, in cui si espone il lavoro svolto su un prototipo di DMFC passiva assemblata e testata presso il laboratorio di macchine del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale della Sapienza di Roma. In questo capitolo sono descritti i materiali e gli strumenti utilizzati nelle prove e le procedure seguite nello svolgimento delle stesse; infine sono mostrati e discussi i risultati ottenuti nei test al variare di alcuni parametri caratterizzanti del sistema.

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5 INTRODUZIONE Gli idrocarburi derivati dal petrolio, dal carbone e dal gas naturale sono essenziali per lo sviluppo del genere umano, visto che da essi traiamo la maggior parte dell’energia necessaria per muoverci, riscaldarci e generare elettricità e li sfruttiamo largamente nell’industria chimica e dei materiali. È altrettanto risaputo che la formazione di petrolio, carbone e gas naturale richiede tempi dell’ordine delle decine di milioni di anni, eppure il consumo mondiale di solo petrolio è di circa 12 milioni di tonnellate al giorno: la conseguenza è che entro il ventunesimo secolo le risorse petrolifere e di gas naturale si esauriranno, mentre il carbone dovrebbe permettere approvvigionamenti per circa altri due o tre secoli. [1] Gli effetti collaterali di uno sfruttamento di idrocarburi, principalmente attraverso la combustione, su scala così vasta sono molteplici: dall’immissione atmosferica di sostanze inquinanti(alcune delle quali nocive per le specie viventi) alle alterazioni climatiche e meteorologiche e al noto “effetto serra”, questi ultimi comunque riconducibili alla prima. Ad accelerare il processo contribuiscono la pronosticata crescita della popolazione mondiale, che aumenterà fino a 8-11 miliardi di individui alla metà del corrente secolo, e la crescente qualità della vita. Questi due fenomeni, che implicano consumi energetici sempre maggiori, sono concomitanti in modo particolarmente evidente soprattutto nelle regioni in via di sviluppo del pianeta (come Cina, India, area Mediorientale, America meridionale). [2] In quest’ottica allora si comprende la necessità di un rinnovamento che assicuri uno sviluppo sostenibile al genere umano. Il fine ultimo è realizzare un sistema energetico che non consumi risorse e non produca rifiuti: questo risultato, forse utopistico, costituisce un obiettivo di lungo periodo. Sul breve-medio periodo occorre perlomeno indirizzarsi verso tecnologie che massimizzino l’utilizzo di fonti disponibili, possibilmente rinnovabili, e minimizzino l’impatto ambientale derivante dal loro utilizzo: in questo percorso hanno particolare importanza le tecnologie che sfruttano il vettore energetico idrogeno. L’idrogeno, essendo l’elemento più diffuso nell’universo e possedendo un potere calorifico di 120 MJ/kg (quasi il triplo di quello del petrolio), a determinate condizioni può soddisfare tutti gli usi finali dell’attività umana. Un altro punto a favore dell’idrogeno è la possibilità di impiegarlo in sistemi di conversione diretta, quali le celle a combustibile, di cui una particolare tipologia è proprio l’oggetto di questa tesi. Tuttavia, poiché alle condizioni ambientali l’idrogeno si trova allo stato gassoso, la diffusione dei dispositivi in grado di sfruttarlo è stata frenata dalle difficoltà e dai costi connessi con il suo stoccaggio e il trasporto nonché dai prezzi più competitivi di tecnologie già presenti sul mercato (ad esempio motori a combustione interna alimentati con benzina o gasolio, pile tradizionali, ecc.) Una tecnologia innovativa che potrebbe aggirare le difficoltà e i costi del traporto e dello stoccaggio dell’idrogeno è costituita da fuel cells alimentate direttamente con metanolo, dal momento che quest’ultimo alle condizioni ambientali si presenta allo stato liquido. Tali celle inoltre presentano vantaggi come la possibilità lavorare a temperature prossime a

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Parole chiave

fuel-cell
celle a combustibile
metanolo
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collettori
mea
passive
dmfc
open ratio
curve di polarizzazione

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