I ricercatori dell’Istituto di Termodinamica Tecnica del DLR hanno confrontato sei diversi sistemi di alimentazione d’aria per celle a combustibile negli aeromobili.
I risultati mostrano che, con combinazioni compressore-turbina ottimizzate, la massa totale del sistema a celle a combustibile e del serbatoio può essere ridotta fino all’8,1%.
La bassa pressione ambiente ad alta quota rappresenta una sfida fondamentale per le celle a combustibile negli aeromobili. L’aria ambiente deve essere altamente compressa per raggiungere una pressione di esercizio superiore a un bar. I ricercatori del Centro Aerospaziale Tedesco (DLR) hanno ora studiato sistematicamente quali sistemi di alimentazione d’aria siano più adatti ai diversi tipi di aeromobili.
Il team guidato da Matthias Schröder dell’Istituto di Termodinamica Tecnica del DLR ha analizzato sei diverse topologie. Queste differiscono nella configurazione del compressore – monostadio, bistadio in serie o bistadio in parallelo – e nell’utilizzo opzionale di uno stadio turbina per il recupero di energia dai gas di scarico delle celle a combustibile. Lo stadio turbina offre un vantaggio in termini di peso nonostante i componenti aggiuntivi
Per un aereo regionale con 70 passeggeri e dieci sistemi a celle a combustibile, un compressore monostadio con turbina si è rivelato la soluzione migliore. Si prevede che questa configurazione ridurrà la massa totale del sistema a celle a combustibile e del serbatoio di idrogeno del 4,5%. Per evitare la condensa nella turbina, è necessario uno scambiatore di calore aggiuntivo. Tuttavia, secondo lo studio, i vantaggi del recupero energetico superano gli svantaggi.
Per aerei più grandi e ad altitudini più elevate, i compressori a due stadi sono più vantaggiosi. In un aereo a fusoliera stretta studiato con 250 passeggeri, si prevede che un compressore a due stadi in serie con turbina ridurrà la massa dell’8,1%. Un compressore a due stadi in parallelo con turbine migliora l’efficienza durante la crociera di 10,9 punti percentuali, secondo i calcoli. La potenza specifica deve quadruplicare
L’UE punta a una densità di potenza di 2,0 kilowatt per chilogrammo per i sistemi a celle a combustibile nel settore aeronautico entro il 2030. Lo stato attuale della tecnica è compreso tra 0,5 e 0,75 kilowatt per chilogrammo. Secondo gli autori, lo studio mostra come sistemi di alimentazione dell’aria personalizzati possano contribuire al raggiungimento di questo obiettivo.
La ricerca è stata finanziata dal Ministero Federale per il Digitale e i Trasporti. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Energy Conversion and Management.
Fonte: DLR
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