Lapproccio di una utility alle tecnologie dellidrogeno: lesperienza di Edison Giugno 2004

Pag. 2 Per una utility energetica tutte le aree sono potenzialmente di interesse, pur con un peso relativo che deve tenere conto anche delle particolarità dello scenario energetico nazionale. Source: Vision Report of European High Level Group, July 2003 La R&D di Edison attualmente è focalizzata su: generazione di idrogeno per mezzo del reforming del gas naturale; utilizzo dellidrogeno per la generazione distribuita di e.e. tramite celle a combustibile ad alta efficienza.

Giugno 2004 Pag. 3 La focalizzazione sul tema del reforming del gas naturale è coerente con quanto è previsto per il breve-medio periodo dagli scenari di sviluppo tecnologico condivisi a livello internazionale. Inoltre, le stesse tecnologie di fuel processing opportunamente sviluppate e abbinate a futuri sistemi per la carbon sequestration, potranno vantaggiosamente applicarsi in tempi più lunghi anche ad altri combustibili fossili.

Giugno 2004 Pag. 4 Source: Vision Report of European High Level Group, July 2003

Giugno 2004 Pag. 5 Source: DOE Hydrogen Posture Plan

Giugno 2004 Pag. 6 Source: DOE Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure Technologies Program

Giugno 2004 Pag. 7 Source: A Hydrogen Introduction Scenario in Japan K. Fukuda*, O. Kobayashi, K. Ogata The Institute of Applied Energy

Giugno 2004 Pag. 8 Source: A Hydrogen Introduction Scenario in Japan K. Fukuda*, O. Kobayashi, K. Ogata The Institute of Applied Energy

Giugno 2004 Pag. 9 Tutti gli scenari considerati prevedono tempi lunghi prima che si arrivi ad una economia orientata allidrogeno e sul percorso sono distribuite numerose milestone tecnologiche, il cui raggiungimento richiede il successo di attività anche di ricerca fondamentale e non solo migliorativa. Esiste un significativo rischio tecnologico. Inoltre, le sfide tecnologiche sono distribuite su numerosi settori e in ciascuno di essi si dovranno realizzare le condizioni per arrivare al mercato attraverso onerosissime fasi di sviluppo e dimostrazione. Complessivamente dunque una grande sfida ed opportunità ma anche una enorme massa di investimenti in ricerca,sviluppo ed innovazione. Occorre un mucchio di soldi.

Giugno 2004 Pag. 10 Principali programmi di supporto allo sviluppo USA: gennaio 2003 George W. Bush propone di stanziare 1,2 miliardi di dollari per i prossimi cinque anni perché lAmerica possa diventare leader mondiale nello sviluppo di auto pulite alimentate ad idrogeno. (programmi FreedomFuel e FreedomCar) Europa: il Sesto Programma Quadro prevede un budget di 810 milioni di euro nel periodo dal 2003 al 2006 per progetti che riguardano sistemi energetici sostenibili, tra cui troveranno spazio anche progetti su idrogeno e celle a combustibile. Giappone: ha avviato nel 93 il programma WE-NET con un budget complessivo di 2 miliardi di dollari per il periodo fino al COMPLESSIVAMENTE CIRCA 500 M ALLANNO

Giugno 2004 Pag. 11 Si tratta di cifre importanti a cui si sommano gli interventi a livello nazionale. Peraltro il mondo dellenergia è caratterizzato da cicli dinnovazione lunghi (la prima turbina a gas, da 4 MW e con unefficienza del 17 %, entrò in esercizio commerciale a Neuchâtel nel 1939) e da investimenti imponenti.

Giugno 2004 Pag. 12 Come è successo per le turbine, così per lo sviluppo delle tecnologie dellidrogeno ed in particolare per lo sviluppo delle celle a combustibile sono indispensabili: il supporto pubblico alla ricerca (dal 1940 ad oggi il governo USA ha sovvenzionato per 13 miliardi di dollari la ricerca sulle turbine e tuttora la sovvenziona per circa 400 milioni di dollari lanno); unapplicazione trainante che generi ricadute tecnologiche sullapplicazione stazionaria (laviazione per le turbine, i veicoli per le celle?); certezza circa disponibilità e prezzo del combustibile di eccellenza.

Giugno 2004 Pag. 13 La sfida è ancora più difficile perché in competizione con tecnologie molto performanti, anche dal punto di vista ambientale. Maquette della centrale di Simeri Crichi (Catanzaro) 800 MW, efficienza elettrica del 56 %, investimento 330 M

Giugno 2004 Pag. 14 Seppure lo sviluppo delle tecnologie non sia tipicamente competenza delle utility, esse possono svolgere un ruolo molto importante. In particolare possono rendere disponibili le loro competenze specifiche dando supporto allindustria manifatturiera nella valutazione dei fattori trainanti, degli elementi di rischio ed in generale nellindividuare gli indirizzi di sviluppo con maggiore potenzialità di successo. Daltra parte per lutility è importante mantenere un livello alto di conoscenza dello stato dellarte delle tecnologie in sviluppo in unottica competitiva e non puramente difensiva.

Giugno 2004 Pag. 15 A questo scopo nella fase attuale dello sviluppo la Ricerca di Edison ha scelto di svolgere un programma di caratterizzazione di tecnologie sulle due aree di interesse: Reforming del gas naturale; Generazione di e.e. tramite fuel cell. Mentre sul primo tema siamo in fase di definizione dei programmi specifici che intendiamo attivare dal prossimo anno, sul tema delle celle abbiamo in realizzazione, presso il nostro centro ricerche di Trofarello, un laboratorio di test dedicato.

Giugno 2004 Pag. 16 Il laboratorio opererà su fuel cell sia a bassa che ad alta temperatura e valuterà sia celle sia sistemi completi. Linteresse di Edison è focalizzato essenzialmente sui sistemi di celle ad alta efficienza e cogenerativi e quindi ad alta temperatura. La realizzazione del laboratorio è stata supportata dalla Regione Piemonte e dal Ministero Ambiente. La collaborazione con gli altri operatori dello sviluppo sarà perseguita da Edison come strumento per massimizzare lefficacia delliniziativa.

Giugno 2004 Pag. 17 Nuovo laboratorio idrogeno Tre stazioni di test allinterno del laboratorio di cui due per celle singole e stack PEM o SOFC ed una per sistemi fino a 5 kWe. Una stazione di test esterna per sistemi ad alta temperatura con alimentazione a gas naturale e carico in isola. Alimentazione idrogeno sia da elettrolizzatore (fino a 6 Nmc/ora) sia da bombolaio Sistema centralizzato per la gestione automatizzata dei protocolli di prova e di raccolta dati.

Giugno 2004 Pag. 18 Corrente : 100A Tensione : 12V Potenza : W Flusso H2 fino 1,5 volte stechiometrico Flusso O2/aria fino a 3 volte stechiometrico Nel caso di celle SOFC le stazione prevede un forno per il mantenimento delle temperature di funzionamento. Stazione di test per celle e stack PEM e SOFC

Giugno 2004 Pag. 19 Sistema PEM –Avista Labs 1000 Output: 1kW, 48 V DC Condizioni operative: da 0 °C a 50 °C Pressione di funzionamento: 1,7 – 6,9 bar Start-up: 50 % della potenza istantaneo 100 % della potenza in meno di 5 minuti a 25 °C Consumi: 15 litri/min. a 1000 W Dimensioni: 44 x 70 x 52 cm Peso: 69 kg

Giugno 2004 Pag. 20 Sistema PEM –Avista Labs 500 Output: 500 W, 12/24/48/125 V DC Condizioni operative: da 0 °C a 45 °C Pressione di funzionamento: 0,28 – 0,41 bar Start-up: 50 % della potenza in meno di 1 minuto a 25 °C 100 % della potenza in meno di 2 minuti a 25 °C Consumi: 9 litri/min. a 500 W 5,5 litri/min. a 250 W Dimensioni: 43 x 45 x 47 cm Peso: 35,4 kg

Giugno 2004 Pag. 21 Sistema PEM –Nexa Ballard Potenza:1,2 kW elettrici Tensione di uscita:26 V DC Condizioni operative: da 3°C a 30°C Pressione di funzionamento: 0,68 1,7 bar Consumi:33 l/min Dimensioni: 56 x 25 x 33 cm Peso: 13 kg

Giugno 2004 Pag. 22 Potenza:5 kW elettrici 2 kW termici Tensione di uscita:120/240 VAC Condizioni operative: da -30°C a 50°C Combustibile: Gas naturale Pressione di funzionamento: 0,017 0,035 bar Start-up: minuti Consumi:1.5 mc/h Dimensioni: 1,8 x 1 x 1,6h m Peso: 550 kg Sistema SOFC –RP-SOFC-5000 Acumentrics