LA1.1.8 – Sviluppo, caratterizzazione e ottimizzazione dei processi di elettrolisi convenzionale e alternativa in sistemi ad ossidi solidi per la produzione di idrogeno e syngas

Obiettivo 1: Produzione di idrogeno
verde e pulito

REFERENTE/I

Davide Pumiglia – ENEA

davide.pumiglia@enea.it

Attività

Tale Linea di Attività ha come obiettivo quello di ottimizzare il processo di elettrolisi ad alta temperatura tramite celle ad ossidi solidi (SOC), attraverso lo sviluppo di un set-up sperimentale dedicato per analizzare le prestazioni elettrochimiche e i gradienti termici/chimici in condizioni operative variabili. L’obiettivo è migliorare l’efficienza e la stabilità del processo agendo su composizione, flusso e distribuzione del flusso di gas in ingresso, oltre che sulla temperatura di operazione.

La prima fase ha previsto la progettazione e validazione dell’impianto sperimentale con sistema di multi-campionamento localizzato. Seguono campagne di test su più tipologie di elettrolisi (elettrolisi di vapore o SOEC, co-elettrolisi di vapore e CO₂ o co-SOEC, fuel-assisted electrolysis o SOFEC, con introduzione di metano all’air electrode per ridurre il consumo energetico) con celle commerciali, per identificare possibili ottimizzazioni agendo sui parametri di caratterizzazione precedentemente descritti. È previsto il coinvolgimento del Dipartimento DICMA dell’Università Sapienza per lo sviluppo di modelli fluidodinamici dei pattern di flusso nei canali della cella

Figura 1 – Schematizzazione delle attività previste dal progetto

Figura 2 – Illustrazione schematica 3D del set-up multisampling dedicato

Specifica delle attività

  • Realizzazione di un banco prova ad-hoc ottimizzato per l’operazione di celle elettrolitiche ad ossidi solidi operanti in modalità elettrolisi, nel range di temperatura 700 – 900 °C. La stazione permette l’analisi delle prestazioni elettrochimiche e la mappatura dei gradienti termici e chimici sulla superficie dell’elettrodo fuel in condizioni operative variabili, mediante la presenza di 11 punti di campionamento uniformemente posizionati.
  • Svolgimento di prove sperimentali in modalità elettrolisi di vapore (SOEC), co-elettrolisi di vapore e CO2 (co-SOEC), fuel-assisted electrolysis (SOFEC) su celle elettrodo-supportate di dimensione 10×10 cm2.
  • Campagne di test che si articolano su tre livelli di parametrizzazione delle condizioni operative: temperatura (725 – 750 – 775 °C), flusso (300 – 400 – 500 Nml/min) e composizione (50%, 60% e 70% di fuel in N2) di combustibile in ingresso.
  • Studio delle performance elettrochimiche (curve IV, EIS) in ogni condizione e mappe di temperatura e composizione gas.
  • Correzione dei risultati sperimentali sulle temperature ai fini di eliminare l’influenza delle imperfezioni del setup sulla misurazione
  • Studio fluidodinamico modellistico volto all’ottimizzazione del pattern di diffusione del gas ai fini della riduzione dei gradienti di temperatura e composizione gas sulla superficie di cella

Figura 3 – a) Esempi di distribuzione di temperatura e composizione gas sperimentali; b) pattern di diffusione gas valutati mediante modelli

Team di ricerca

Davide Pumiglia (ENEA)

Francesca Santoni (ENEA)

Francesco Marino (PhD)

Luca Simonetti (ENEA)

In collaborazione con:
Dipartimento DICMA dell’Università Sapienza (prof. Maria Anna Murmura) e L’Università Parthenope

Documenti