Analisi di rischio nei veicoli ad idrogeno con tecnologia Fuel Cell

Nel contesto della crescente urgenza di riduzione delle emissioni di CO2 e contrasto del cambiamento climatico, la presente tesi affronta il ruolo dei veicoli a celle a combustibile alimentati ad idrogeno, analizzandone i rischi associati in caso di eventi incidentali in ambienti aperti, come strade extraurbane principali e gallerie autostradali. Promosso come un vettore energetico pulito, l’idrogeno si distingue dai principali combustibili alternativi più comunemente utilizzati nel settore dei trasporti, la cui produzione, tramite diverse tecnologie di produzione, tra cui lo SMR, la gassificazione del carbone, la pirolisi e l'elettrolisi, viene presentata nei capitoli iniziali, evidenziandone l’impatto ambientale e l'efficienza. Nel proseguo della tesi vengono approfondite le principali caratteristiche strutturali delle celle a combustibile, con un focus sul principio di funzionamento, sulle cause e tipologie di perdite, sulla configurazione dell’impilamento e sui sistemi ausiliari integrati. Sono inoltre descritte le differenti tipologie di celle a combustibile (alcaline, a metanolo diretto, ad acido fosforico, a carbonato fuso, a ossido solido e a membrana a scambio protonico), evidenziando i materiali e componenti impiegati, le condizioni operative (temperature e pressioni), nonché i vantaggi e svantaggi nei diversi ambiti applicativi. In seguito, viene presentata un'analisi dello stato dell'arte del mercato FCEV, illustrando i modelli e le innovazioni introdotte da produttori chiave come Toyota, Honda, Hyundai e BMW, i quali hanno investito significativamente nello sviluppo di queste tecnologie, migliorandone la densità di potenza, l'autonomia e la durabilità. La sezione centrale è dedicata alla sicurezza dei sistemi di alta pressione che alimentano le celle, per le quali è stata applicata un'analisi qualitativa (HAZOP) e quantitativa (QRA). In particolare, l’analisi HAZOP ha permesso l’identificazione delle componenti più critiche in caso di deviazioni dai parametri operativi di esercizio, evidenziando come le valvole TPRD, i raccordi delle tubazioni e il serbatoio rappresentino elementi strutturalmente vulnerabili, soprattutto in seguito a sollecitazioni esterne come le collisioni. Sulla base di tali risultati è susseguita l’analisi quantitativa dell’evento iniziatore associato alle tre componenti critiche dove, attraverso l’analisi QRA sia in ambienti aperti che confinati (gallerie), sono state valutate le probabilità e le conseguenze determinate dai dieci scenari incidentali ipotizzati (rilasci non innescati, innesco immediato con formazione di jet fire o fireball, innesco ritardato con sviluppo di flash fire o esplosione). I risultati della valutazione del rischio, espressi tramite curve F-N, hanno dimostrato che, in ambienti aperti, il rischio sociale associato agli incidenti di FCEV rientra nella zona di accettabilità, grazie alla rapida dispersione dell’idrogeno. Al contrario, in ambienti confinati come le gallerie, la limitata dispersione, l'amplificazione degli effetti incidentali e le elevate frequenze di incidenti in determinate zone causano un superamento dei limiti di accettabilità del rischio in diversi scenari, posizionandoli nelle zone ALARP e, in alcuni casi, in quella inaccettabile, segno della la necessità di implementare soluzioni ingegneristiche avanzate e procedure di emergenza ottimizzate per la mitigazione dei rischi e il supporto della futura diffusione dei veicoli FCEV.