Fuel cells for space propulsion and power applications

Space propulsion and power generation could be improved by fuel cells. Traditional energy sources like fossil fuels will be exhausted in a more or less long time, while solar power has limitations because of the unpredictable nature of the sun's radiation. On the other side, fuel cells can produce electricity by mixing oxygen and hydrogen, with water as a byproduct. Because of this procedure's cleanliness, effectiveness, and sustainability, fuel cells are a desirable choice for space exploration. Many spacecrafts, including satellites, space probes, and manned spacecraft, can be operated by fuel cells. However, because they generate a stable push that can be utilized to move a spaceship forward, fuel cells can also be employed as a source of propulsion. Due to their ability to create power and propulsion for many years, fuel cells can be very helpful for long-distance space missions. The use of fuel cells for space propulsion and power supply is the main topic of this thesis. Fuel cells offer a possible alternative for producing power and propulsion in space exploration, which has increased the need of using clean and renewable energy sources. An overview of fuel cells and its benefits over conventional energy sources is given in the first part. The protons exchange membrane and anion exchange membrane fuel cells are highlighted in great detail in the second section's analysis of current fuel cell technology. The final section examines potential uses for fuel cells in space, such as power generation, renewable energy, and transportation, aerospace, and aviation. The thesis is focused on providing a thorough examination of how fuel cells might improve space travel and contribute to a more sustainable future.

La propulsione spaziale e la generazione di energia potrebbero trovare un significativo avanzamento nelle celle a combustibile. Le fonti di energia tradizionali, come i combustibili fossili, sono inquinanti e in esaurimento, mentre l'energia solare ha limiti da correlare all’imprevedibile andamento delle radiazioni solari. Per contro, le celle a combustibile possono produrre elettricità miscelando ossigeno e idrogeno, con la produzione di acqua come sottoprodotto. Grazie alle caratteristiche green, alla efficacia e alla sostenibilità di questa tecnologia, le celle a combustibile rappresentano una scelta auspicabile per l'esplorazione spaziale. Molti veicoli spaziali, tra cui satelliti, sonde spaziali e navicelle con equipaggio, possono essere azionati da celle a combustibile. Tuttavia, poiché generano una spinta stabile che può essere utilizzata per far avanzare una navicella spaziale, le celle a combustibile possono essere utilizzate anche come tecnologia propulsiva. Grazie alla loro capacità di generare energia e una spinta propulsiva per molti anni, le celle a combustibile possono essere molto utili per missioni spaziali a lunga distanza. L'impiego delle celle a combustibile per la propulsione spaziale e la generazione di potenza rappresenta l'argomento principale di questa tesi. Le celle a combustibile offrono dunque una possibile alternativa per la produzione di energia e per la propulsione nell'esplorazione spaziale, che ha aumentato la necessità di utilizzare fonti di energia pulite e rinnovabili. Nella prima parte della tesi viene presentata una panoramica delle celle a combustibile e dei loro vantaggi rispetto alle fonti energetiche convenzionali. Le celle a combustibile a membrana a scambio di protoni e a membrana a scambio di anioni sono evidenziate in dettaglio nella seconda parte, che analizza l'attuale tecnologia delle celle a combustibile. La parte finale prende in esame i potenziali impieghi delle celle a combustibile nello spazio, oltre alla generazione di energia, alle energie rinnovabili, ai trasporti, all'aviazione. La tesi sviluppa un esame approfondito su come le celle a combustibile possano migliorare l’esplorazione spaziale e contribuire a un futuro più sostenibile.