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Le celle a combustibile: analisi tecnico-economica

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13 Questo caso, interessante sicuramente dal punto di vista teorico, non è sfruttabile tecnicamente per diversi motivi tra i quali i più evidenti sono le scarse quantità di energia in gioco ma, soprattutto, le bassissime velocità di reazione riscontrabili a queste temperature. Per completezza riportiamo una delle reazioni chimiche che presenta ∋S !0 : C (s) + ½ O 2(g) ο CO (g) è evidente che in una tale reazione si passa da mezza mole di gas dei reagenti a una mole di gas dei prodotti ; quindi si aumenta il disordine del sistema e l’entropia dei prodotti è maggiore dell’entropia dei reagenti, pertanto ∋S reaz !0 (+89 J/K per mole). Come si è potuto notare un rendimento così definito (1.5) non è un buon indicatore della prestazione della cella. Una più realistica valutazione può essere ottenuta definendo il nuovo parametro Η, o efficienza, data dal rapporto tra la potenza elettrica realmente prodotta e la massima potenza elettrica utile possibile. Il primo termine è dato dal prodotto della corrente circolante nel circuito esterno per la differenza di potenziale tra i due elettrodi, il secondo è dato dall’indice di variazione dell’energia libera di Gibbs d( ∋G)/dt. Η = P el,reale /(d( ° ∋G °)/dt) = I υV/((dn/dt) υ ° ∋G °) (1.6) con dn/dt = numero di moli di una certa sostanza, combustibile od ossidante, consumate per secondo ; e ∋G = variazione dell’energia libera di Gibbs della reazione per mole della stessa sostanza. Un esempio (es. 1.1) chiarirà il significato dei diversi parametri : consideriamo una ipotetica cella a metano ed ossigeno : CH 4(g) +2O 2(g) ο CO 2(g) + 2H 2 O (l) A pressione atmosferica e temperatura ambiente si ha : ∋G = ∋G°(CO 2 ) + 2 υ ∋G°(H 2 O) - ∋G°(CH 4 ) - 2 υ ∋G°(O 2 ) = -94.26 - 2 υ56.69 - (-12.14) - 2 υ(0) = -195.5 kcal/mole ∋H = ∋H°(CO 2 ) + 2 υ ∋H°(H 2 O) - ∋H°(CH 4 ) - 2 υ ∋H°(O 2 ) = -94.05 - 2 υ68.32 - (- 17.89) - 2 υ(0) = -212.8 kcal/mol Κ id = ∋G/ ∋H = -195.5/(-212.8) = 91.87 . Supponiamo ora che una mole di metano venga consumata in un minuto : 1 mole CH 4 (quantità di sostanza pari al suo peso molecolare (12+4=16)) = 16g di CH 4 dn/dt = 1 mole/min = 1mole/60sec = 0.0167 mole/sec (dn/dt) ° ∋G °= 0.0167 υ195.5 = 3.258 kcal/sec =13642 W Supponendo poi che l’output di potenza effettivo sia di 7.5 kW Η = (7.5 ξ10 3 )/(13.642 ξ10 3 ) = 54.98 . Da notare come le irreversibilità del processo generino uno scambio di calore con l’ambiente pari a °q ° che è maggiore del termine °T ∋S ° che si avrebbe in condizioni ideali reversibili. Pertanto anche il lavoro prodotto realmente sarà inferiore alla quantità teorica ° ∋G ° dello stesso ammontare.
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Le celle a combustibile: analisi tecnico-economica

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Informazioni tesi

Autore: Alberto Barbero
Tipo: Tesi di Laurea
Anno: 1994-95
Università: Università degli Studi di Padova
Facoltà: Ingegneria
Corso: Ingegneria gestionale
Relatore: RenatoLazzarin
Lingua: Italiano
Num. pagine: 155

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Parole chiave

cella a combustibile
elettrochimica
fuel-cell
idrogeno

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