TESTI PARALLELI – Una pila a combustibile per tri-generazione promette di ridurre la perdita di energia, i costi e le emissioni

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Data documento: 25-08-2015

 

First of its kind fuel cell tri-generator promises to reduce energy loss, costs and emissions
Una pila a combustibile per tri-generazione promette di ridurre la perdita di energia, i costi e le emissioni

TRISOFC coordinator Dr Mark Worall speaks about the project’s unique fuel cell tri-generator which has the potential to increase the utilisation of available energy, reduce costs, add value, and decrease primary energy use and emissions.
Il coordinatore di TRISOFC, dott. Mark Worall, parla della pila a combustibile per tri-generazione del progetto che ha le potenzialità per incrementare l’uso dell’energia disponibile, ridurre i costi, aggiungere valore e ridurre l’uso dell’energia primaria e le emissioni.

Almost a half of the world’s primary energy consumption is in the provision of electricity, heating and cooling.
Quasi la metà del consumo primario di energia del mondo avviene nella fornitura di elettricità, riscaldamento e raffreddamento.

Most of this energy comes from centralised power stations where up to 70 % of available energy is wasted.
La maggior parte di questa energia viene da centrali elettriche centralizzate nelle quali fino al 70% dell’energia disponibile viene sprecato.

The inefficiency of this model is unacceptably high, leading to considerable CO2 emissions and unnecessarily high running costs.
L’inefficienza di questo modello è inaccettabile e porta a considerevoli emissioni di CO2 e costi di funzionamento eccessivamente alti.

These problems could be addressed if we move from conventional centralised power generation systems to efficient onsite micro-generation technology, and one promising possibility in this line is the solid oxide fuel cell (SOFC).
Questi problemi potrebbero essere risolti passando dai sistemi tradizionali di generazione centralizzata dell’energia elettrica a una tecnologia efficiente di micro-generazione sul posto e una possibilità promettente su questa linea è la pila a combustibile a ossido solido (SOFC).

>>>  SOFC technology combines hydrogen and oxygen in an electro-chemical reaction to generate electricity, with the only by-products being water vapour, heat and a modest amount of carbon dioxide.
La tecnologia SOFC associa l’idrogeno e l’ossigeno in una reazione elettro-chimica per generare elettricità, gli unici prodotti di scarto sono vapore acqueo, calore e una modesta quantità di biossido di carbonio.

Hydrogen can be supplied from hydrocarbon fuels such as natural gas, which is widely available for domestic and public buildings.
L’idrogeno può essere fornito da combustibile a base di idrocarburi come il gas naturale, che è ampiamente disponibile per gli edifici domestici e pubblici.

For three years, the TRISOFC project team worked to advance this type of technology by developing a low-cost durable low temperature (LT) SOFC tri-generation (cooling, heating and power) prototype.
Per tre anni, il team del progetto TRISOFC ha lavorato per far avanzare questo tipo di tecnologia sviluppando un prototipo a basso costo, durevole e a bassa temperatura (LT) di SOFC per tri-generazione (raffreddamento, riscaldamento ed energia elettrica).

TRISOFC coordinator Dr Mark Worall from the University of Nottingham provided more specific details on the outcomes of the project, which officially concluded at the end of July:
Il coordinatore di TRISOFC, il dott. Mark Worall dell’Università di Nottingham, ha fornito dettagli più specifici sui risultati del progetto, che si è ufficialmente concluso alla fine di luglio:

‘The team designed, optimised and built an LT-SOFC tri-generation prototype, based on the integration of a novel LT-SOFC stack and a desiccant cooling unit.
“Il team ha progettato, ottimizzato e costruito un prototipo di LT-SOFC per tri-generazione, basato sull’integrazione di una nuova SOFC a bassa temperatura e un’unità di raffreddamento essiccante.

Additional components of the system are a fuel processor to generate reformate gas and other equipment for the electrical, mechanical and control balance of plant (BoP).
” Gli altri componenti del sistema sono un processore di carburante per generare gas riformato e altre attrezzature per la parte rimanente dell’impianto elettrico (BoP) meccanico e di controllo.

TRISOFC unique features
Caratteristiche uniche di TRISOFC

The TRISOFC’s system boasts a number of unique features that set it apart from anything that has been done before.
Il sistema TRISOFC vanta una serie di caratteristiche uniche che lo distinguono da qualsiasi altra cosa fatta prima.

In particular, the operating temperature of the TRISOFC system is between 500 and 600 degrees Celsius, in comparison to normal SOFCs of 800 to 1000 degrees Celsius.
In particolare, la temperatura di funzionamento del sistema TRISOFC è tra 500 e 600 gradi Celsius, rispetto alle normali SOFC che funzionano da 800 a 1000 gradi Celsius.

‘This is important,’ Dr Worall notes, ‘Because it enables BoP and other temperature dependent components to be manufactured from relatively low cost materials, such as stainless steel, and so potentially it substantially reduces costs of materials and components.
“Questo è importante,” osserva il dott. Worall, “perché permette di produrre BoP e altri componenti dipendenti dalla temperatura a partire da materiali dal costo relativamente basso, come l’acciaio inossidabile, e quindi potrebbe ridurre sostanzialmente i costi dei materiali e dei componenti.

Additionally, the LT-SOFC is based on a single component nanocomposite material, an invention of a team led by Professor Binzhu Zhu of KTH, one of the consortium partners, which is unique in that it can act as an anode, cathode and an electrolyte.
” Inoltre, la LT-SOFC è basata su un singolo materiale nanocomposito, un’invenzione del team coordinato dal professor Binzhu Zhu di KTH, uno dei partner del consorzio, che è unico nel senso che può fungere da anodo, catodo ed elettrolita.

Dr Worall adds, ‘Again, this has the potential to reduce costs and complexity and increase reliability and durability.
Il dott. Worall aggiunge, “ancora una volta, questo potrebbe ridurre i costi e la complessità e aumentare l’affidabilità e la durabilità.

’ Finally, the system has been integrated with an open cycle desiccant dehumidification and cooling system to provide heating, cooling and thermal storage.
” Infine, il sistema è stato integrato con un sistema essiccante di deumidificazione e raffreddamento a ciclo aperto che fornisce riscaldamento, raffreddamento e accumulo termico.

This has not been used before in fuel cells and it has the advantage of potentially increasing the utilisation of the waste heat (currently 40 % to 50 % of the total energy input is wasted).
Questo non è stato mai usato prima in pile a combustibile e ha il vantaggio di aumentare l’utilizzo del calore di scarto (attualmente dal 40 al 50% dell’input totale di energia va sprecato).

Dr Worall notes, ‘In our system, the waste heat from the SOFC is used to re-concentrate the solution.
Il dott. Worall osserva, “Nel nostro sistema, il calore di scarto della SOFC viene usato per ri-concentrare la soluzione.

This is a form of thermal storage, which allows us to operate the fuel cell when we don’t need cooling and use it when we do.
Questa è una forma di accumulo termico, che ci permette di azionare la pila a combustibile quando non abbiamo bisogno di raffreddamento e di usarla quando ne abbiamo bisogno.

Our system has three main advantages:
Il nostro sistema ha tre vantaggi principali:

firstly, it increases the conversion efficiency of the SOFC from 45 % to 55% to potentially 85 % to 95 %;
in primo luogo, aumenta l’efficienza di conversione della SOFC dal 45 al 55% fino all’85 al 95%;

secondly, it reduces the demand for electrical energy that would be needed to provide comfort cooling (and by reducing electrical energy use, we are also reducing primary energy consumption and carbon dioxide emissions)
in secondo luogo, riduce la domanda di energia elettrica che sarebbe necessaria per fornire refrigerazione per benessere (e riducendo l’uso di energia elettrica, riduciamo anche il consumo primario di energia e le emissioni di biossido di carbonio)

and thirdly, it reduces cooling provided by vapour-compression refrigeration systems, which currently rely on working fluids that have a global warming potential (GWP) when released.’
e in terzo luogo, riduce il raffreddamento fornito dai sistemi di refrigerazione a compressione di vapore.”

Putting the LT- SOFC tri-generation system to the test
Mettere alla prova il sistema di tri-generazione della LT-SOFC

The team has successfully proved the concept of a LT- SOFC tri-generation system.
Il team è riuscito a provare il concetto di un sistema di tri-generazione con LT-SOFC.

Dr Worall draws attention to two particularly significant test results:
Il dott. Worall attira l’attenzione verso due risultati dei test particolarmente significativi:

‘Tests of two cell 6cm x 6cm LT-planar type SOFCs have shown power density of up to 1100W/cm² with of a power output of 22W, at 530 degrees Celsius.
“I test su due pile di 6cm x 6cm SOFC a bassa temperatura di tipo planare hanno mostrato una densità di energia di fino a 1100W/cm² con un output di energia di 22W,
a 530 gradi Celsius.

Researchers are in the process of developing 200We stacks and we should be able to demonstrate large scale, low temperature electrical output.’
I ricercatori stanno sviluppando pile da 200We e dovremmo essere in grado di dimostrare un output elettrico su larga scala a bassa temperatura.”

‘Additionally, tests on the desiccant dehumidification system showed that a coefficient of performance (COP) of above 1.0 was achieved.
“Inoltre i test sul sistema di deumidificazione hanno mostrato che era stato raggiunto un coefficiente di prestazione di oltre 1.0.

COP is the ratio of the cooling output to the total energy input, and so represents a key performance parameter…
Il coefficiente di prestazione è il rapporto tra l’output del raffreddamento e l’input totale di energia e quindi rappresenta un parametro chiave del rendimento…

In overall conversion term, our heat powered cooler is competitive with other systems.’
In termini generali di conversione, il nostro refrigeratore alimentato a calore è competitivo con altri sistemi.”

TRISOFC impact
Impatto di TRISOFC

Now the concept has been proven, the next steps will be to prove long-term durability, scale-up production and reduce costs further.
Adesso che il concetto è stato dimostrato, i prossimi passi saranno provare la durabilità a lungo termine, aumentare la produzione e ridurre ulteriormente i costi.

Dr Worall and the team expect the system developed under TRISOFC to have a significant impact on a number of levels:
Il dott. Worall e il team prevedono che il sistema sviluppato nell’ambito di TRISOFC avrà un impatto significativo su diversi livelli:

‘This system is a first-of-its-kind fuel cell tri-generator and has great potential to increase the utilisation of the available energy, reduce costs, add value, reduce primary energy use and emissions and promote distributed energy production.’
“Questo sistema è una pila a combustibile per tri-generazione prima nel suo genere e ha grandi potenzialità per incrementare l’uso dell’energia disponibile, ridurre i costi, aggiungere valore, ridurre l’uso primario dell’energia e le emissioni e promuovere la produzione di energia distribuita.”

One group that could feel the benefits the most is consumers, as Dr Worall explains:
Il gruppo che potrebbe percepire maggiormente i benefici sono i consumatori, spiega il dott. Worall:

‘Most buildings use primary energy for heating, cooling and electricity, so by generating electricity at domestic level, consumers can potentially benefit from the sale of excess electricity production (depending on local energy costs, incentives and tariffs), reduce demand for heat for the provision hot water and heating, and the provision of electricity for cooling.
“La maggior parte degli edifici usa l’energia primaria per il riscaldamento, il raffreddamento e l’elettricità, quindi generando elettricità a livello domestico, i consumatori potrebbero trarre beneficio dalla vendita della produzione eccessiva di elettricità (che dipende dai costi locali dell’energia, gli incentivi e le tariffe), ridurre la domanda di calore per la fornitura di acqua calda e riscaldamento e la fornitura di elettricità per il raffreddamento.

As we are getting three for the price of one, consumers should benefit financially and in terms of reducing their impact on the environment.’
Poiché abbiamo tre cose al prezzo di una, i consumatori dovrebbero riscontrare dei vantaggi in termini economici e di riduzione del loro impatto sull’ambiente.”

The team is confident that both as an integrated system and as individual components the LT-SOFC tri-generation system has potential for commercialisation.
Il team crede che sia come sistema integrato che come componenti singoli il sistema LT-SOFC per tri-generazione possa essere commercializzato.

‘We are actively engaged with industry and end users to develop user-friendly, reliable and financial systems and subsystems,’ Dr Worall concludes.
“Ci stiamo impegnando attivamente con l’industria e gli utenti finali per sviluppare sistemi e sottosistemi facili da usare, affidabili ed economici,” conclude il dott. Worall.

Source: Based on an interview with TRISOFC coordinator Dr Mark Worall from the University of Nottingham.
Fonte: Sulla base di un’intervista con il coordinatore di TRISOFC, il dott. Mark Worall dell’Università di Nottingham.