Negli ultimi anni stanno suscitando particolare interesse le celle a combustibile con membrana polimerica basata su polibenzimidazolo (PBI) ed acido fosforico, chiamate anche celle polimeriche ad alta temperatura (HTPEM). Con queste è possibile utilizzare non solo idrogeno puro come combustibile, ma anche miscele contenenti fino al 2% di monossido di carbonio. Questa caratteristica consente di impiegare sistemi di conversione del combustibile più semplici ed efficienti rispetto ai sistemi PEM a bassa temperatura (LTPEM). Inoltre, grazie alle proprietà della membrana, si evitano le problematiche legate all’umidificazione dei reagenti e l’alta temperatura del flussotermico reso disponibile dal generatore rende più semplice il recupero termico ai fini cogenerativi. Tuttavia, nel bilancio del sistema, è necessario considerare la minore efficienza elettrica della cella. In letteratura più frequentemente vengono considerati i sistemi cogenerativibasati su celle LTPEM, al contrario solo in poche ricerche si esaminano i sistemi HTPEM. Nel presente lavoro viene descritto un modello di simulazione di processo di un impianto di microcogenarazionebasato su un reformer, alimentato a metano, e su uno stack di celle HTPEM. La potenza elettrica dell’impianto è di circa 1.5 kW, mentre quella termica recuperabile è leggermente superiore. La modellizzazione della cella HTPEM è di tipo zero dimensionale ed è stata implementata in Fortran. Ilmodello della cella è stato quindi integrato in un modello di simulazione di sistema realizzato con il software commerciale Aspen Plus®. Il modello permette di studiare gli aspetti inerenti al rendimento elettrico e termico del sistema ed è utilizzato per confrontare, in termini di efficienza di conversione, i sistemi HTPEM con quelli LTPEM. In prospettiva il modello potrà essere utilizzato ai fini di un’ottimizzazione della configurazione del sistema con l’obiettivo della ricerca del massimo rendimento.

Analisi Teorica delle Prestazioni di un Sistema Cogenerativo Basato su Celle a Combustibile Polimeriche ad Alta Temperatura

ZULIANI, NICOLA;TACCANI, RODOLFO
2010

Abstract

Negli ultimi anni stanno suscitando particolare interesse le celle a combustibile con membrana polimerica basata su polibenzimidazolo (PBI) ed acido fosforico, chiamate anche celle polimeriche ad alta temperatura (HTPEM). Con queste è possibile utilizzare non solo idrogeno puro come combustibile, ma anche miscele contenenti fino al 2% di monossido di carbonio. Questa caratteristica consente di impiegare sistemi di conversione del combustibile più semplici ed efficienti rispetto ai sistemi PEM a bassa temperatura (LTPEM). Inoltre, grazie alle proprietà della membrana, si evitano le problematiche legate all’umidificazione dei reagenti e l’alta temperatura del flussotermico reso disponibile dal generatore rende più semplice il recupero termico ai fini cogenerativi. Tuttavia, nel bilancio del sistema, è necessario considerare la minore efficienza elettrica della cella. In letteratura più frequentemente vengono considerati i sistemi cogenerativibasati su celle LTPEM, al contrario solo in poche ricerche si esaminano i sistemi HTPEM. Nel presente lavoro viene descritto un modello di simulazione di processo di un impianto di microcogenarazionebasato su un reformer, alimentato a metano, e su uno stack di celle HTPEM. La potenza elettrica dell’impianto è di circa 1.5 kW, mentre quella termica recuperabile è leggermente superiore. La modellizzazione della cella HTPEM è di tipo zero dimensionale ed è stata implementata in Fortran. Ilmodello della cella è stato quindi integrato in un modello di simulazione di sistema realizzato con il software commerciale Aspen Plus®. Il modello permette di studiare gli aspetti inerenti al rendimento elettrico e termico del sistema ed è utilizzato per confrontare, in termini di efficienza di conversione, i sistemi HTPEM con quelli LTPEM. In prospettiva il modello potrà essere utilizzato ai fini di un’ottimizzazione della configurazione del sistema con l’obiettivo della ricerca del massimo rendimento.
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