Una stazione di rifornimento di idrogeno (HRS) è un’infrastruttura progettata per rifornire un veicolo con carburante a idrogeno. Può far parte di una stazione per il rifornimento di combustibili fossili o di un’infrastruttura indipendente.
Un HRS è composto da un’unità di base, o da un’unità di base più un’unità di produzione, se l’idrogeno è prodotto in loco.
L’unità base comprende almeno un sistema di stoccaggio ad alta pressione e uno o più erogatori.
Se l’H2 è prodotto in sito o viene consegnato alla stazione a pressione intermedia o allo stato liquido, l’unità base richiede anche uno stoccaggio intermedio (basato sulla tecnologia dell’idrogeno gassoso o liquido) e un sistema di compressione.
Alcuni componenti tecnici sono necessari per la costruzione di una stazione di rifornimento di idrogeno. Per tutte le stazioni di rifornimento, questi includono impianti di stoccaggio di idrogeno di dimensioni adeguate, compressori che portano l’idrogeno al livello di pressione del gas desiderato, un sistema di preraffreddamento e distributori per l’erogazione del carburante.
Le stazioni di rifornimento possono essere allestite più rapidamente e in modo meno costoso standardizzando questi componenti.
RIFORNIMENTO
Serbatoi di stoccaggio dell’idrogeno
I serbatoi di stoccaggio devono contenere una quantità di idrogeno sufficiente per soddisfare la domanda dei clienti. A tal fine l’idrogeno viene immagazzinato in serbatoi a bassa pressione, attualmente tra 20 e 200 bar (in futuro fino a 500 bar), per diversi giorni.
Se l’idrogeno viene consegnato da un rimorchio a idrogeno compresso, questo può essere utilizzato in loco come serbatoio di stoccaggio a bassa pressione. Le quantità da immagazzinare sono calcolate sulla base del numero di rifornimenti giornalieri previsti e possono essere adattate con un ampliamento modulare della stazione di rifornimento.
Per il rifornimento del veicolo del cliente vengono utilizzati serbatoi di stoccaggio a media e alta pressione, con stadi di pressione da 200 a 450 bar e da 800 a 1.000 bar rispettivamente.
L’idrogeno dal serbatoio di stoccaggio a bassa pressione può essere trasferito tramite un compressore ad alta pressione al serbatoio di stoccaggio ad alta pressione.
La pressione è sufficientemente alta per rifornire il veicolo. Un’altra possibilità è quella di utilizzare un serbatoio di stoccaggio a media pressione. Da lì il serbatoio del veicolo del cliente può essere riempito fino a raggiungere l’equilibrio di pressione.
Per riempire completamente il serbatoio, il rifornimento può essere continuato dal serbatoio di stoccaggio ad alta pressione (rifornimento in cascata) o l’idrogeno dal serbatoio di stoccaggio a media pressione può essere compresso alla pressione necessaria utilizzando un compressore booster.
Compressori
È possibile utilizzare diversi compressori per ottenere la compressione necessaria. I tipi consueti sono compressori a pistone, aria compressa, a membrana o ionici, selezionati in base al progetto della stazione di rifornimento (utilizzo della capacità, consumo energetico, rapporto costi-benefici, ecc.).
La compressione dell’idrogeno è un modo per superare la differenza di pressione tra lo stoccaggio (da 50 a 200 bar) e il rifornimento (fino a 1.000 bar). Il processo di rifornimento non deve superare il tempo previsto da tre a cinque minuti.
Poiché la cella a combustibile nel veicolo funziona con idrogeno puro, è importante che durante la compressione non si verifichi alcuna contaminazione con i lubrificanti.
Sistema di preraffreddamento
Il protocollo di rifornimento SAE J2601, che copre il rifornimento di veicoli a idrogeno, mira a garantire che il serbatoio di idrogeno di un veicolo non si riscaldi oltre gli 85 ° C anche durante il rifornimento rapido.
Poiché l’idrogeno viene compresso durante il rifornimento, si riscalda. A seconda della temperatura ambiente, della temperatura di mandata del carburante e della pressione target nel serbatoio del veicolo, il preraffreddamento (normalmente) è necessario per rimanere entro i limiti (sovrapressione / surriscaldamento) del sistema di stoccaggio del carburante del veicolo.
Per il rifornimento a 700 bar, l’idrogeno viene generalmente preraffreddato a –40 ° C (secondo SAE J2601). Sono possibili temperature di preraffreddamento più elevate, ma possono portare a tempi di rifornimento più lunghi.
La bassa temperatura richiesta viene solitamente generata mediante una macchina frigorifera a compressione e un opportuno scambiatore di calore.
Il preraffreddamento aggiunge complessità alla stazione e ne aumenta il consumo energetico. Un’ulteriore ottimizzazione del processo è attualmente un’area di sviluppo.
Nel caso di una stazione di rifornimento di idrogeno liquido, l’idrogeno criogenico (LH2) viene consegnato e immagazzinato in un serbatoio di liquido.
Se il veicolo elettrico a celle a combustibile deve essere rifornito con idrogeno gassoso, l’idrogeno liquido viene trasferito tramite una pompa del liquido ad un evaporatore, da dove può essere introdotto direttamente nel veicolo senza essere raffreddato.
Dispenser
Il rifornimento stesso viene effettuato utilizzando l’erogatore, un dispositivo o una macchina per pompare combustibili liquidi o gassosi nel veicolo. L’erogatore include l’ugello di rifornimento, che eroga l’idrogeno compresso nel serbatoio a pressione del veicolo. È progettato per la pressione del serbatoio dell’idrogeno, ovvero 350 o 700 bar.
Un altro elemento importante è l’interfaccia utente, che contiene vari display che mostrano la pressione, il livello di riempimento o la quantità misurata.
Infine, l’idrogeno può essere prodotto localmente presso la stazione di rifornimento o centralmente in un altro luogo e quindi consegnato.
Nel caso della produzione decentralizzata di idrogeno presso la stazione di rifornimento, il concetto di produzione deve essere deciso. Le opzioni sono un reformer per la produzione di idrogeno da gas naturale (o biometano) o un elettrolizzatore per la produzione di idrogeno da elettricità (rinnovabile).
Per approfondire l’argomento:
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