Il ruolo fondamentale delle pompe a membrana trattamento dell’idrogeno nelle celle a combustibile.
Nella ricerca di soluzioni energetiche sostenibili, le pompe a membrana rappresentano un componente fondamentale nella gestione dell'idrogeno nei sistemi a celle a combustibile, garantendo controllo preciso, sicurezza ed efficienza.
Mentre il mondo va verso la decarbonizzazione, le celle a combustibile a idrogeno sono diventate una tecnologia fondamentale per la produzione di energia più sostenibile. Nell'ambito di questi sistemi, le pompe a membrana per celle a combustibile svolgono diverse funzioni fondamentali, dal ricircolo dell'idrogeno alla gestione della condensa, che influiscono direttamente sulle prestazioni e sulla durata.
Alimentare il futuro: come le celle a combustibile a idrogeno stanno trasformando le città
Le modalità di integrazione dei sistemi a idrogeno nelle reti elettriche, nelle reti di trasporto e nei quartieri di città sudcoreane come Pyeongtaek e Namyangju dimostrano già oggi il potenziale della tecnologia delle celle a combustibile. In queste città, i nuovi edifici residenziali e per uffici su larga scala, ad esempio, devono essere autosufficienti con soluzioni energetiche sostenibili. Oltre alle fonti di energia rinnovabile come l'energia eolica e solare, le celle a combustibile sono parte integrante di queste iniziative. In genere questi sistemi generano fino a 10 kW di potenza per modulo e possono essere collegati in serie per ottenere potenze maggiori. Sono particolarmente utili per colmare i gap di energia quando altre fonti energetiche non forniscono una produzione sufficiente o durante le interruzioni di corrente.
Il fulcro di questi sistemi è costituito da diverse pompe a membrana che devono soddisfare una serie di requisiti unici e gli standard di sicurezza più severi. L'idrogeno utilizzato, ad esempio, rappresenta una sfida in quanto può formare una miscela altamente esplosiva con l'aria e richiede un'energia molto ridotta per accendersi. Date queste caratteristiche, i sistemi completamente a tenuta stagna sono essenziali per evitare guasti al sistema o potenziali pericoli. Poiché le piccole dimensioni molecolari dell'idrogeno lo rendono particolarmente incline a fuoriuscire anche attraverso le più piccole vie di fuga, per garantire una tenuta affidabile e un funzionamento sicuro sono necessari materiali di alta qualità e una progettazione precisa.
I diversi ruoli delle pompe a membrana nelle celle a combustibile
Se l'idrogeno puro non è direttamente disponibile per l'uso nelle celle a combustibile, deve essere prima estratto da un vettore di idrogeno, come il gas naturale o la biomassa. Le pompe, come la pompa a membrana per gas N 938 di KNF e la corrispondente pompa per liquidi come la FM 50 o la FP 25 di KNF, svolgono un ruolo essenziale in questo processo di produzione.
Per l'estrazione del gas naturale, il processo inizia con il reforming del metano a vapore. In questa fase, una pompa per gas alimenta il gas naturale in un reformer ① mentre una pompa per liquidi alimenta acqua deionizzata ②. All'interno del reformer, l'acqua viene prima riscaldata per produrre vapore. Questo vapore reagisce poi con il gas naturale in una reazione catalitica ad alta temperatura per produrre una miscela di gas contenente idrogeno (H2) e monossido di carbonio (CO). Poiché il CO è altamente tossico, infiammabile e può danneggiare le celle a combustibile, entra in un'unità di ossidazione preferenziale (PROX) a valle dove viene convertito in anidride carbonica (CO2). A seguito di tale conversione, l'idrogeno può essere ulteriormente purificato per soddisfare i rigorosi requisiti di qualità richiesti per l'utilizzo nelle applicazioni delle celle a combustibile.
Una volta purificato, l'idrogeno passa nella cella a combustibile, dove subisce una reazione elettrochimica con l'ossigeno per generare elettricità, acqua e calore. All'anodo, le molecole di idrogeno vengono scisse in protoni ed elettroni, creando una corrente elettrica che può essere utilizzata per alimentare una vasta gamma di applicazioni. Al catodo, i protoni, gli elettroni e l'ossigeno si combinano per formare l'acqua. L'acqua deve essere gestita in modo efficace per evitare che si accumuli e danneggi potenzialmente i componenti della cella a combustibile. In molti sistemi, l'acqua prodotta viene semplicemente rimossa per gravità, talvolta utilizzando pompe a girante. Tuttavia, quando è richiesta una rimozione attiva, le pompe a membrana KNF - come le pompe a membrana per liquidi FF 12 o FP 7 ③ - possono essere una soluzione adatta, in quanto offrono una lunga durata e un'affidabilità eccezionale.
Un'altra applicazione delle pompe a membrana per celle a combustibile, come la N 938 di cui sopra, è il ricircolo dell'idrogeno all'interno del sistema di celle a combustibile. L'idrogeno non reagito viene riutilizzato, garantendo la massima efficienza e riducendo al minimo gli scarti ④. Con una portata massima di 60 l/min se utilizzato in una configurazione a doppia testa, è ideale per una gestione efficiente dell'idrogeno. Inoltre, se realizzata su misura come pompa di ricircolo dell'idrogeno, ad esempio aggiungendo una testa in alluminio anodizzato, la N 938 è in grado di gestire in modo affidabile i gas umidi. Questa capacità è fondamentale per ottimizzare le condizioni di reazione all'interno della cella a combustibile. Se necessario, può funzionare anche con una pressione di ingresso positiva generata dallo stack di celle a combustibile, offrendo una maggiore flessibilità per l'integrazione del sistema e migliorando le prestazioni e l'efficienza.
Le pompe a membrana personalizzabili supportano la transizione verso un'energia più sostenibile
Le pompe a membrana KNF possono essere ampiamente personalizzate per soddisfare i requisiti specifici dei sistemi a celle a combustibile. Il loro design robusto le rende ideali per le applicazioni in cui l'affidabilità è fondamentale. Con una lunga durata e una manutenzione minima o nulla, queste pompe a membrana offrono l'affidabilità necessaria per applicazioni critiche nei trasporti, nella generazione di energia stazionaria e nei sistemi industriali. Con il continuo sviluppo delle città e la Corea del Sud che rappresenta un ottimo esempio di integrazione riuscita delle fonti energetiche sostenibili negli ambienti urbani, le pompe a membrana per gas e liquidi KNF svolgeranno un ruolo sempre più importante nella transizione verso soluzioni energetiche più pulite.
