Analisi di applicabilità dei liquid organic hydrogen carriers (LOHC) ai veicoli a celle a combustibile

In the last decades, the use of hydrogen as a fuel for the automotive application has increasingly been regarded as a valuable alternative to the conventional fossil fuels. Hydrogen-powered vehicles will allow to reduce the greenhouse gas emissions and even the oil dependency of countries. Hydrogen is a promising energy vector. However, unlike gasoline and diesel, hydrogen is gaseous at ambient conditions, thus it is difficult to handle. In order to make hydrogen a competitive fuel in comparison with fossil fuels, it is necessary to develop a transport and storage system, which can meet the requirements concerning safety, handling, cost, ecotoxicity and storage density. The aim of this work is to verify the feasibility of the exploitation of Liquid organic hydrogen carriers (LOHC) in the automotive sector as a possible solution to the abovementioned problems concerning the storage and the handling of hydrogen. Dehydrogenation process simulations on Aspen HYSYS® allow the performance evaluation of the most promising carriers: toluene, naphthalene and N-Ethylcarbazole. The achievable driving range varies from 113 km (naphthalene) to 179 km (decalin), which are remarkably lower than what is achievable by a today’s fuel cell vehicle with compressed gas hydrogen storage technology (500 km). On the other hand, the design of the process components gives encouraging results. In fact, they demonstrate the compatibility of the LOHC technology with the available volumes on board a fuel cell electric vehicle. By way of conclusion, the feasibility of the system here studied is strongly influenced by the nature of the chosen carrier. Thus, the future of this technology depends on the development and optimization of liquid organic hydrogen carriers able to guarantee high storage capacities and limited energy consumptions during the dehydrogenation process.

Negli ultimi decenni, la possibilità di sfruttamento dell’idrogeno nel settore dell’automotive come alternativa ai combustibili fossili ha riscontrato un crescente interesse. I veicoli alimentati a celle a combustibile consentono una riduzione delle emissioni di gas serra e, al contempo, una minor dipendenza dalle fonti fossili. A differenza di diesel e benzina, l’idrogeno è gassoso alle condizioni di pressione e temperatura ambiente pertanto risulta difficilmente stoccabile e trasportabile. Al fine di rendere l’idrogeno un combustibile competitivo è necessario quindi sviluppare un sistema di trasporto e stoccaggio che soddisfi i requisiti di sicurezza, maneggiabilità, costi, tossicità e ingombri. In questo lavoro si esegue l’analisi di applicabilità dei Liquid organic hydrogen carriers (LOHC) ai veicoli a celle a combustibile. Le simulazioni del processo di deidrogenazione on-board tramite il software Aspen HYSYS® permettono la valutazione delle prestazioni ottenibili sfruttando i tre composti più promettenti: toluene, naftalene, N-Ethylcarbazole. In termini di autonomia, l’ammontare dei chilometri percorribili varia dai 113 km (per il naftalene) ai 179 km (per la decalina), nettamente inferiore ai 500 km percorribili da un veicolo a fuel cell alimentato da idrogeno compresso attualmente in commercio. Risultati incoraggianti emergono invece dal dimensionamento dei componenti di impianto, per i quali si riesce a garantire un ingombro compatibile con gli spazi disponibili su un’automobile a fuel cell. In conclusione, la fattibilità del sistema studiato è fortemente influenzata dalla natura del carrier utilizzato. Pertanto, il futuro di questa tecnologia dipende dallo sviluppo e dall’ottimizzazione dei liquidi organici vettori di idrogeno in grado di garantire un’elevata capacità di stoccaggio e un limitato consumo energetico durante il processo di deidrogenazione.