Technical and economic analysis of a hydrogen production system for fuel cells powered forklifts

This thesis has been developed during a 6 months internship at Toyota Material Handling Manufacturing Italy (TMHMI).The main goal is to assess the sustainability (both technical and economic) of a fuel cells-powered fleet of forklifts fueled by onsite self-produced hydrogen. The electricity used to electrolyze water and to run the HRS (Hydrogen Refilling Station) is supplied by a photovoltaic (PV) system on the roof of the factory. The idea at the basis of this Toyota demonstrative project is to show that it is possible to produce and distribute hydrogen starting from renewable energy and to feed an entire forklift fleet equipped with PEM (Polymer Electrolyte Membrane) fuel cells, while guaranteeing a zero CO2 emission process. To do so, three Excel models have been developed, which assess respectively the economic advantage of using fuel cells instead of batteries, the forklifts fleet combination that better exploits the capacity of the production system, the cost comparison between onsite hydrogen self-production and its purchase from Technical Gas Suppliers. After the analysis, the Toyota project turns out to be sustainable: fuel cells-equipped vehicles have a drastically reduced ecological footprint and offer a steady performance.

Questo lavoro di tesi è stato sviluppato durante un tirocinio semestrale presso Toyota Material Handling Manufacturing Italy (TMHMI). L’obiettivo principale dell’elaborato è quello di valutare la sostenibilità, sia tecnica che economica, di un sistema di produzione e distribuzione di idrogeno tramite elettrolisi dell’acqua, possibile grazie all’energia elettrica prodotta da un impianto fotovoltaico; tale idrogeno è poi usato per alimentare una flotta di carrelli elevatori equipaggiati da celle a combustibile (PEMFC). L’idea alla base di questo progetto Toyota è dimostrare la possibilità di produrre, distribuire e utilizzare idrogeno utilizzando energia rinnovabile e garantendo un processo a zero emissioni di CO2. Ciò è stato fatto sviluppando tre modelli Excel che, rispettivamente, determinano il vantaggio economico dato dall’utilizzo di fuel cells rispetto alle batterie, la combinazione di carrelli della flotta che meglio utilizza la quantità di idrogeno prodotto dalla refilling station, il confronto tra il costo dell’autoproduzione di idrogeno e il suo acquisto da produttori di gas tecnici. Al termine di suddetta analisi, il progetto Toyota risulta sostenibile: i veicoli a celle a combustibile hanno una ridotta impronta ecologica e offrono una performance costante.