L'idrogeno è una delle energie ecologiche più promettenti del futuro. Essendo l'elemento più abbondante dell'universo, fornisce una fonte inesauribile di energia pulita che può essere convertita in elettricità dalle celle a combustibile senza rifiuti tossici o emissioni di gas serra. Tuttavia, la chiave per l'uso diffuso dell'idrogeno risiede in strategie efficienti per lo stoccaggio e la consegna, soprattutto se utilizzato per applicazioni stazionarie e automobilistiche.
L'idrogeno può essere immagazzinato in forma liquida o gassosa, sia per lo stoccaggio a lungo termine in formazioni geologiche naturali (come caverne di sale, caverne rivestite di roccia dura e giacimenti esauriti di petrolio e gas) o a breve termine come gas idrogeno compresso per il trasporto e su applicazioni di bordo nei veicoli elettrici a celle a combustibile. Lo stoccaggio liquido è preferito perché richiede meno spazio per un dato livello di densità energetica.
Per ottenere densità di energia sufficienti per l'uso pratico, l'idrogeno deve essere compresso a livelli di pressione elevati. Ciò può essere ottenuto utilizzando le tradizionali tecnologie di compressione meccanica come i compressori alternativi, a membrana e lineari o innovative tecnologie non meccaniche specificamente concepite per l'idrogeno, come i compressori criogenici, a idruri metallici ed elettrochimici.
Nel caso dello stoccaggio di gas, è probabile che l'idrogeno venga miscelato con il gas naturale per il trasporto nell'infrastruttura di gasdotti esistente. La densità energetica di questa soluzione è limitata dalla capacità del gasdotto e dalla sua integrità materiale, nonché dalle capacità degli utenti finali di gestire grandi volumi di idrogeno. Sono in corso diversi sforzi di ricerca per determinare le prestazioni di questo tipo di sistema (vedi Kurz et al., 2020a e b).
Per lo stoccaggio di liquidi, la migliore opzione attualmente disponibile è quella di immagazzinare l'idrogeno come boruro di metallo alcalino, come il boroidruro di nichel (NbH), che può sostenere il funzionamento fino a 1.000 °C con una perdita di efficienza di Carnot di solo il 40%. Tuttavia, questo tipo di materiale è vulnerabile all'avvelenamento da tracce di ossigeno e acqua presenti nell'aria ambiente a temperature così elevate. Inoltre, è costoso e richiede tempo produrre NbH.
Un approccio più rapido ed economico consiste nel comprimere l'idrogeno utilizzando pompe centrifughe, una tecnica già ampiamente utilizzata nelle applicazioni industriali. Tuttavia, le condizioni operative di tali pompe sono molto gravose e possono portare a un elevato grado di usura dei componenti della pompa. Ciò è particolarmente vero nel caso dei rotori, che sono soggetti a grandi accelerazioni rotazionali e vibrazioni. Il conseguente danneggiamento delle pale del rotore e delle guarnizioni aumenta i costi di manutenzione e riparazione e può compromettere l'efficienza della pompa e, di conseguenza, l'affidabilità complessiva del sistema.
Per risolvere questo problema, il Southwest Research Institute (SwRI) ha sviluppato un compressore alternativo a motore lineare, chiamato LMRC, specificamente progettato per comprimere l'idrogeno per i veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV). Questa macchina ermetica e sigillata ermeticamente utilizza una combinazione di soluzioni sviluppate da SwRI per proteggere dall'infragilimento e dalla decrepitazione, inclusi rivestimenti, design delle valvole e pistoni ermetici. Presenta inoltre un design del motore lineare che riduce il consumo energetico e il numero di parti mobili, aumentando così l'efficienza, l'affidabilità e il ciclo di vita del prodotto.
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