Simulazione e dimensionamento preliminare di un sistema a celle a combustibile HT-PEM a metanolo per imbarcazioni da diporto

Abstract

Il consumo globale di energia ha subito un notevole incremento negli ultimi anni dovuto principalmente allo sviluppo industriale e di conseguenza dei trasporti. È ampiamente riconosciuto che la maggior parte della domanda energetica attuale nel settore industriale, residenziale e dei trasporti si basi sull'utilizzo dei combustibili fossili, i quali generano gravi preoccupazioni ambientali, come i cambiamenti climatici dovuti alle emissioni di gas serra. Per affrontare questa sfida, più di 20 paesi hanno delineato strategie energetiche e road map con l'obiettivo di raggiungere emissioni zero entro il 2050. Iniziative come il Green Deal europeo e l'Hydrogen Shot statunitense rappresentano importanti sforzi verso questo obiettivo. Nonostante gli interventi mirati a ridurre le emissioni di carbonio, il trasporto marittimo continua a essere una fonte significativa di gas serra, in gran parte a causa dei motori utilizzati nella maggior parte delle imbarcazioni oceaniche. Le emissioni prodotte da tali motori danneggiano sia la salute umana che l'ambiente marino. Pertanto, l’International Maritime Organization (IMO) si è posta l'obiettivo di raggiungere zero emissioni nette di gas serra entro il 2050. In questo contesto, le celle a combustibile emergono come una delle migliori alternative per sostituire i motori a combustione interna alimentati da combustibili fossili. Tuttavia, considerando il livello di sviluppo attuale, risultano applicabili principalmente in imbarcazioni da diporto ma difficilmente per la propulsione di navi di dimensione maggiore. Nel contesto di transizione energetica del settore marino, la Tesi propone l’utilizzo di un sistema di produzione di energia elettrica tramite celle a combustibile per sostituire i motori termici comunemente usati con motori elettrici in piccole imbarcazioni. Nello specifico sono considerate celle a combustibile del tipo HT-PEMFC (High Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cell).

Global energy consumption has increased significantly in recent years, mainly due to industrial development and consequently transport. It is widely recognised that the majority of current energy demand in industry, housing and transport is based on fossil fuels, which generate serious environmental concerns, Climate change due to greenhouse gas emissions. To meet this challenge, more than 20 countries have outlined energy strategies and road maps with the goal of achieving zero emissions by 2050. Initiatives such as the European Green Deal and the US Hydrogen Shot represent important efforts towards this goal. Despite efforts to reduce carbon emissions, shipping remains a significant source of greenhouse gases, largely due to the engines used in most ocean-going vessels. Emissions from these engines are harmful to both human health and the marine environment. Therefore, the International Maritime Organization (IMO) has set itself the goal of achieving net zero greenhouse gas emissions by 2050. In this context, fuel cells are emerging as one of the best alternatives to replace fossil-fuelled internal combustion engines. However, considering the current level of development, they are mainly applicable in recreational craft but hardly for the propulsion of larger vessels. In the context of the energy transition in the marine sector, the thesis proposes the use of a fuel cell power generation system to replace the thermal motors commonly used with electric motors in small boats. Specifically, fuel cells of the HT-PEMFC (High Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cell) type are considered.