Decarbonizzazione nel trasporto marittimo: valutazione tecnica della fattibilità di un sistema di propulsione elettrica basato su metanolo e fuel cell

L’attuale paradigma energetico sul quale è fondata la società moderna prevede lo sfruttamento massiccio di risorse fossili, il che ha condotto a gravi conseguenze come l’aumento delle temperature globali dovuto alla crescita delle emissioni di gas ad effetto serra. Tra i diversi settori responsabili di ciò, il settore marittimo si configura come uno dei principali, essendo responsabile da solo del 3% delle emissioni globali di gas climalteranti. Per questo motivo, nel campo marittimo, gli studi degli ultimi anni si sono concentrati sull’individuazione di combustibili alternativi al tradizionale diesel. Tra le possibili soluzioni per la decarbonizzazione del settore, la tecnologia delle celle a combustibile alimentate ad idrogeno è risultata essere una delle più promettenti. Si tratta di dispositivi in grado di convertire energia chimica in energia elettrica mediante una reazione elettrochimica che coinvolge idrogeno ed ossigeno. Tra le diverse tipologie commerciali attualmente disponibili, le celle con membrana a scambio protonico (PEMFC) sembrano mostrare caratteristiche idonee al settore dei trasporti. In quest’ottica, perciò, l’idrogeno si configura come uno dei possibili carburanti alternativi ai combustibili fossili e come possibile fonte di energia pulita. Tuttavia, uno dei principali ostacoli all’implementazione di una tale tecnologia su di un’imbarcazione è costituito dallo stoccaggio di idrogeno a bordo. Quest’ultimo richiede l’impiego di tecnologie estremamente pesanti ed ingombranti, che non consentirebbero perciò l’ottenimento di sistemi leggeri e compatti al fine di rispettare i restringenti vincoli volumetrici e gravimetrici caratterizzanti i sistemi marittimi. Per questa ragione la tesi seguente si propone di valutare la possibilità di realizzare un sistema di stoccaggio chimico che preveda l’impiego di metanolo come vettore di trasporto, il quale può essere agevolmente stoccato nella sua forma liquida a temperatura e pressione ambiente. Successivamente, tramite un processo di reforming è possibile estrarre l’idrogeno in esso contenuto al fine di inviarlo ad un sistema di celle a combustibile per la generazione di elettricità. In una prima fase di tale progetto di tesi, si procederà con il dimensionamento delle apparecchiature caratterizzanti il sistema per il caso studio di uno yacht da 37 m, indagando tra le due principali tipologie di PEMFC: a bassa ed alta temperatura. Dopo aver individuato quale di queste due tipologie risulta essere la più promettente, si procederà con un dimensionamento più accurato del caso risultato essere il migliore al fine di soddisfare le richieste di ancoraggio diurno e notturno. L’obiettivo è quello di ottenere dei risultati relativi a peso, volume ed efficienze caratterizzanti l’impianto, in modo da poter condurre dei confronti con le tecnologie attualmente utilizzate nell’ambito dell’elettrificazione dei trasporti. In particolare, la stima degli indici gravimetrici e volumetrici caratterizzanti il sistema ideato consentirà un confronto diretto con la tecnologia delle batterie, soluzione principalmente adottata attualmente per la decarbonizzazione del settore.