Remotizzazione di un banco prova per cella elettrolitica ad ossidi solidi e caratterizzazione sperimentale = Remotization of a Solid Oxide Electrolytic Cell test bench and experimental characterization

La Commissione Europea ha presentato nel 2020 il Green Deal europeo, delineando le principali iniziative politiche per raggiungere zero emissioni nette per il riscaldamento globale entro il 2050. L'idrogeno sarà uno strumento chiave per raggiungere gli obiettivi del Green Deal poiché considerato dalla comunità internazionale come un vettore che può contribuire alla decarbonizzazione del sistema energetico. L'obiettivo del piano sostenibile è di raggiungere fino al 14% di idrogeno da fonti rinnovabili nel mix di consumo finale, a questo scopo, enormi investimenti verranno direzionati sugli elettrolizzatori. Di fronte a questo nuovo scenario, l'analisi di un elettrolizzatore ad ossido solido suscita grande interesse. Le celle a combustibile/elettrolitiche a ossidi solidi sono dispositivi completamente allo stato solido costituiti da materiale ceramico conduttore di ioni di ossido come l'elettrolita, per una buona conduzione ionica elevate temperature sono inevitabili (650-950 °C) per questo motivo sono necessari nel sistema componenti costosi con elevata tolleranza alla temperatura. Il presente lavoro sperimentale può essere suddiviso in quattro sezioni principali. Nella prima parte dell'elaborato viene presentato il principio di lavoro delle celle a combustibile con particolare attenzione alle basi termodinamiche che caratterizzano il loro funzionamento. Inoltre viene mostrata la curva di polarizzazione con le relative perdite, quest'ultima sarà poi ripresa per i test sulla cella ad ossidi solidi. Nella seconda sezione l'attività sperimentale viene illustrata nel dettaglio, andando ad analizzare i principali componenti che vanno a comporre il banco di prova; in particolare vengono esaminati il sistema di distribuzione del gas, il CEM (Controlled Evaporator Mixer), gli ausiliari, housing della cella e il sistema di controllo e acquisizione. Nella terza sezione viene simulata l'interfaccia di controllo, basata su Labview, viene simulata implementando un semplice sistema composto da misuratori/controllori di flusso, termocoppie, un sistema di acquisizione dati e schede input/output. Inoltre, nel contesto del progetto Europeo Teachy, un software è stato sviluppato per controllare da remoto il banco di prova, il lavoro in questo caso si è basato su test di comando/risposta del sistema in modo tale da evidenziare eventuali malfunzionamenti. Infine l'attività si conclude con l'analisi svolta su una cella ad ossidi solidi testata sia come elettrolizzatore che come cella a combustibile. Le prove sperimentali sono state effettuate testando miscele di vapore d'acqua, idrogeno diluito con azoto e anidride carbonica a differenti temperatura con analisi delle performance attraverso curve di polarizzazione. La sperimentazione ha infine mostrato come a lungo andare la cella si degradi progressivamente.