Elettrificazione marittima: valutazione di un caso studio di integrazione di celle a combustibile a idrogeno con stoccaggio di ammoniaca

Il trasporto marittimo, dato il suo ruolo cruciale nel commercio globale delle merci, al quale contribuisce per il 72%, comporta un consumo annuale di 339 Mt equivalenti di heavy-oil e produce emissioni di gas serra (GHG) pari al 2,9% delle emissioni globali di origine antropica. Inoltre, la mancanza di normative ambientali rigorose ha rallentato lo sviluppo di tecnologie di propulsione più pulite rispetto al trasporto su strada. Tuttavia, nel 2023 l’IMO ha introdotto una nuova strategia per ridurre le emissioni di gas serra del 40% entro il 2030, incoraggiando l'adozione di tecnologie e carburanti a basse emissioni. Tra le soluzioni proposte, l'impiego di combustibili rinnovabili in combinazione con sistemi di propulsione alternativi emerge come una delle opzioni più promettenti. In particolare, le celle a combustibile a idrogeno con membrana a scambio protonico (PEMFC) sembrano adatte alla dinamicità richiesta in ambito navale. Tuttavia, queste tecnologie presentano sfide significative, tra cui l'integrazione a bordo, a causa delle limitazioni di volume e peso. In questo progetto viene presa in considerazione l'ammoniaca come un carrier di idrogeno che è in grado di risolvere i problemi di stoccaggio legati all'idrogeno liquido o compresso. L'obiettivo principale di questo studio è stato valutare la fattibilità tecnica dell'installazione di un powertrain basato su PEMFC per la fornitura di energia elettrica a bordo di yacht di diverse dimensioni. Per fare ciò, sono state analizzate soluzioni per lo stoccaggio dell'ammoniaca, il processo di cracking per la produzione di idrogeno puro, il sistema di PEMFC e il relativo raffreddamento. Per quanto riguarda quest’ultimo, si è andati ad approfondire il raffreddamento ad acqua marina, data la facilità di questo tipo di integrazione in sistemi marittimi. Dopo aver valutato le diverse configurazioni, si è identificato un sistema ottimale basato su PEMFC a bassa temperatura con raffreddamento ad acqua marina. Quest’ultimo si è dimostrato essere più leggero, compatto ed efficiente rispetto alle alternative considerate. Infine, si sono ridimensionate le apparecchiature del caso migliore aumentando la potenza installata, note le perdite elettriche percentuali, riuscendo a soddisfare effettivamente le richieste energetiche del sistema navale in esame. I risultati ottenuti dal ridimensionamento sono stati fonte di confronto con sistemi di batterie attualmente utilizzati per l’elettrificazione dei sistemi marittimi, che si sono dimostrati non competitivi in termini di peso e volume, risultando di difficile integrazione nei sistemi navali. I risultati di questo studio indicano che l'elettrificazione del trasporto marittimo attraverso tecnologie basate su PEMFC e l'utilizzo di ammoniaca come carrier di idrogeno potrebbero essere una soluzione efficace per ridurre le emissioni e migliorare l'efficienza energetica in questo settore critico per l'economia globale. Tuttavia, si tratta ancora di soluzioni che non possono considerarsi competitive con i sistemi di produzione di energia attuali nei sistemi marittimi e che perciò necessitano di forte avanzamento tecnologico e ulteriore sperimentazione.