La necessità di abbandonare i combustibili fossili per fonti di energia green è un tema sempre più sentito. La crescente domanda di conversione e stoccaggio di energia verde alternativa ha rinnovato l’interesse per le tecnologie dell’idrogeno, come le celle a combustibile, gli elettrolizzatori ad acqua e i reformer a vapore.
Anche a livello europeo l’attenzione è alta: l’idrogeno svolgerà un ruolo importante nella transizione dell’Unione europea verso la neutralità climatica entro il 2050. Nell’ambito della transizione verde pianificata dall’Unione Europea, entro il 2030 l’idrogeno verde dovrebbe diventare una parte sostanziale del sistema energetico del continente, con la produzione di un minimo di 10 milioni di tonnellate di idrogeno rinnovabile e l’installazione di 40 GW di elettrolizzatori entro il 20301.
Se da un lato questo interesse ha offerto nuove opportunità di ricerca e sviluppo, dall’altro i costi e i tempi associati alla sperimentazione possono costituire un ostacolo.
Il ruolo della simulazione
Per sfruttare a pieno le potenzialità dell’idrogeno e accelerare i processi di ricerca e sviluppo, è necessario coinvolgere competenze e risorse in tutti gli ambiti ingegneristici. Altrettanto importante è dotarsi di strumenti all’avanguardia che consentano alle aziende di creare innovazione, riducendo i rischi e aumentando l’efficienza dei processi.
L’integrazione della simulazione multifisica nel processo di ricerca e sviluppo offre agli ingegneri la possibilità di comprendere meglio ciascun progetto, di tenere conto di qualsiasi fenomeno fisico che possa influenzare il comportamento del dispositivo e di segnalare potenziali problemi ben prima della produzione. In questo modo, è possibile testare e ottimizzare nuove soluzioni progettuali in modo virtuale, migliorare le prestazioni e i costi e ridurre notevolmente il dispendio di tempo e risorse in fase di prototipazione.
La modellazione e la simulazione possono essere applicate a tutta la catena dell’idrogeno, a partire dai mezzi di produzione, come lo steam reforming e l’elettrolisi, fino ai metodi di stoccaggio e trasporto e, infine, alla conversione in energia adatta al consumo. Per esempio, la simulazione consente di studiare le celle a combustibile, fondamentali tra le altre cose per l’utilizzo dell’idrogeno in ambito automotive: è possibile infatti modellare gli strati attivi delle fuel cell per comprendere i fenomeni di trasporto, la cinetica dell’elettrodo, la termodinamica, la chimica dell’elettrolita e l’attività catalitica della superficie coinvolti nelle reazioni di trasferimento di carica di questi strati.
Simulazione e idrogeno: un webinar dedicato
Come può la simulazione potenziare l’innovazione nel settore dell’idrogeno? A questo argomento sarà dedicato un webinar organizzato da COMSOL (https://www.comsol.it/c/gjvz) per l’11 febbraio (ma accessibile anche in seguito in modalità on-demand).
Durante l’evento online, i tecnici COMSOL racconteranno come un software di simulazione consenta ai progettisti di modellare e analizzare nella stessa interfaccia processi che coinvolgono molteplici fenomeni fisici. Mostreranno come sia possibile simulare processi come l’idrolisi o lo steam reforming e come modellare diversi tipi di celle a combustibile: celle a membrana a scambio protonico (PEMFC), a scambio di idrossido (AFC), a carbonati fusi (MCFC) e a ossido solido (SOFC). Si vedrà anche come modellare celle ed elettrolizzatori non standard e come includere facilmente flussi multifase, trasferimento di calore, proprietà termodinamiche e altro ancora. Sarà inoltre possibile vedere il software in azione in tempo reale durante una live demo.
Per consultare il programma completo e iscriversi: https://www.comsol.it/c/gjvz
1 https://eur-lex.europa.eu/legal-content/IT/TXT/HTML/?uri=CELEX:52023DC0156