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ATTIVITÀ NORMATIVE, RICERCA E SVILUPPO TECNOLOGICO SULLE CELLE A COMBUSTIBILE

16/03/2018
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La partecipazione italiana all’elaborazione delle norme internazionali a supporto di industria e mercato.

Andrea CASALEGNO, Presidente CEI CT 105

 

Consegue presso il Politecnico di Milano la laurea in Ingegneria Meccanica nel 2003 ed il dottorato di ricerca in Energetica nel 2007. Nel 2005 è cofondatore del MRT Fuel Cell Lab del Politecnico di Milano, nel 2008 diventa ricercatore di ruolo presso il Dipartimento di Energia e docente di Fisica Tecnica, nel 2014 assume il ruolo di Professore Associato, nel 2018 di Professore Ordinario.

Ha contribuito alla nascita e allo sviluppo del MRT Fuel Cell Lab, coordinando le attività di ricerca e gestendo i finanziamenti di progetti europei (PREMIUM ACT, SECOND ACT, ID-FAST), progetti nazionali (REALFC, MICROGEN30, STAR) e diverse collaborazioni con aziende ed enti di ricerca.

Si dedica allo studio dei fenomeni di trasporto presenti in dispositivi elettrochimici e allo sviluppo tecnologico di celle a combustibile e batterie a flusso, sia attraverso attività sperimentali che teorico- modellistiche. Ha svolto periodi di ricerca presso University of New Mexico e University of Connecticut.

È autore di numerose pubblicazioni sulle più rinomate riviste internazionali del settore, è stato relatore ad invito in diverse occasioni, tra cui le più importanti conferenze internazionali sulle celle a combustibile. Dal 2017 è docente del corso per la laurea magistrale in ingegneria energetica del Politecnico di Milano “Electrochemical Energy conversione and storage”.

Dal 2007 al 2016 è stato Segretario del CEI CT 105, dal 2017 ne è il Presidente; dal 2007 è esperto italiano nel IEC/CT105/WP11 Single Cell Test Method for PEMFC.

 

I mercati di riferimento sono in rapida evoluzione e le tecnologie delle celle a combustibile sono relativamente giovani. Quali strategie si stanno adottando all’interno del TC 105 per far fronte a questa realtà?

In questa fase di avvio del mercato è importante elaborare norme internazionali per facilitare la commercializzazione a livello globale, armonizzare e agevolare le procedure di approvazione dei dispositivi a celle combustibile ed evitare la proliferazione di normative su scala locale. D’altra parte, c’è una forte necessità di non limitare l’ulteriore sviluppo di una tecnologia relativamente giovane.

La normativa di prodotto sulle celle a combustibile si è finora sviluppata di pari passo con la tecnologia e, a differenza di altri settori, è stata talvolta in grado di anticipare il mercato. In Giappone, ad esempio, risultano installate circa 100.000 piccole unità cogenerative domestiche per la produzione di elettricità (0,75 kWe) e acqua calda per usi sanitari.

Lo scorso anno è stata pubblicata già la seconda edizione della CEI EN 62282-3-201 con i metodi di prova delle prestazioni specifici per i sistemi stazionari di potenza inferiore ai 10 kWe.

Analogamente, per le applicazioni nei sistemi propulsivi dei carrelli elevatori, un altro mercato di grande interesse per le celle a combustibile. La CEI EN 62282-4-101 sulla sicurezza è stata recentemente affiancata dalla prima edizione della Norma sui metodi di prova delle prestazioni, pubblicata nel 2017 come CEI EN 62282-4-102.

La struttura del TC 105 appare molto flessibile e in grado di far fronte rapidamente alle esigenze di un mercato in rapida evoluzione. Lo Strategic Business Plan del TC 105 IEC è costantemente aggiornato per soddisfare la domanda del mercato e dell’industria e Gruppi di lavoro ad hoc (AHG) sono specificamente creati e mantenuti per un periodo limitato allo scopo di formulare nuovi progetti normativi o sviluppare strategie.

Nella recente riunione plenaria di Seul è stata inoltre formulata una proposta di ristrutturazione e semplificazione della struttura del TC 105, che prevede la riduzione del numero dei Gruppi di lavoro con l’accorpamento in quattro macro gruppi (componentistica, celle per applicazioni stazionarie, celle per sistemi di propulsione e microcelle) degli attuali Gruppi coinvolti su tali tematiche.

 

Che cosa si propone di fare nei prossimi anni del suo mandato?

Sono recentemente state avviate alcune nuove attività che vedranno una considerevole partecipazione del TC 105 e del Comitato italiano.

La prima riguarda i sistemi di accumulo basati su celle a combustibile, per cui è stato creato il WG 13: le attività normative finora svolte in ambito IEC e ISO si sono infatti concentrate separatamente sul funzionamento di celle elettrochimiche come generatori di potenza e come elettrolizzatori, mentre non sono mai stati considerati sistemi a celle a combustibile reversibili o sistemi di accumulo che integrino due moduli separati, elettrolizzatore e cella a combustibile. Si tratta di una carenza a livello normativo che sarà presto colmata.

Si consideri che questi sistemi potrebbero impiegare anche differenti tecnologie di celle elettrochimiche per la produzione di idrogeno e la generazione di potenza.

Proprio per questo il nuovo WG 13, che vede la partecipazione di un esperto italiano, intende sviluppare metodi di prova prestazionali, tenendo conto anche della possibilità di una contestuale produzione di energia elettrica e di sintesi di prodotti chimici.

La seconda riguarda le batterie a circolazione di elettrolita, di crescente interesse per l’accumulo di energia da fonti rinnovabili, vista la peculia- rità in questi sistemi di poter dimensionare se- paratamente la potenza elettrica installata dalla capacità di accumulo e per i tempi caratteristici estendibili a decine di ore.

Quest’ultima tecnologia ricade nelle competen- ze del TC 21 Secondary cells and batteries, ma condivide con la tecnologia delle celle a combustibile diverse soluzioni tecnologiche riguardanti i componenti di celle, stack e moduli.

Per questo motivo è stato creato un Gruppo di lavoro congiunto (JWG7), con un esperto italiano, tra i due Comitati Tecnici TC 21 e TC 105, formalmente gestito dal TC 21.

La terza attività riguarda la definizione di due normative tecniche utili alla valutazione dell’impatto ambientale dei sistemi di celle a combustibile per applicazioni stazionarie basata sulla metodologia Life Cycle Assessment (LCA) e vedono la partecipazione di un esperto italiano.

La prima normativa riguarda lo sviluppo di linee guida semplificate per la valutazione LCA di tali sistemi, mentre la seconda è finalizzata alla preparazione delle dichiarazioni ambientali di prodotto per tali sistemi (Environmental Product Declarations – EPD).

Entrambe queste normative mirano a supportare i produttori nel rispettare gli standard di settore accettati e a facilitare le attività di comunicazione delle prestazioni ambientali di questi sistemi energetici innovativi agli utenti finali.

La quarta iniziativa riguarda il settore dei trasporti, soggetto ad un significativo sviluppo industriale.

Si pensi al fatto che ad oggi tre grandi aziende automobilistiche commercializzano veicoli passeggeri con celle a combustibile alimentate ad idrogeno e che in molte città europee circolano autobus con la stessa tecnologia.

Alcune aziende europee hanno dichiarato l’imminente commercializzazione di autoveicoli passeggerei e treni che utilizzano celle a combustibile.

A seguito di accordi con ISO, il TC 105 si era finora limitato a normare sui sistemi di propulsione a celle a combustibile per i veicoli non destinati a viaggiare su strada, come i carrelli elevatori di uso industriale, sui sistemi di estensione dell’autonomia di veicoli elettrici (range extender) e su altri sistemi ausiliari. Nella riunione plenaria del Comitato del 2017, a Seul, tuttavia, è stata concordata una proposta per estendere il campo di applicazione del TC 105 anche ai sistemi a celle a combustibile per la propulsione dei veicoli stradali.

Queste attività andranno coordinate con l’ISO TC 22 secondo le modalità definite dalle vigenti Direttive ISO/IEC.

Malgrado non vi siano effettivamente in corso attività per la preparazione di documenti, prevedo che verranno avviate presto, visto il crescente interesse industriale, magari proprio su iniziativa del TC 105.

 

Come pensa di supportare il mondo dell’industria nel nostro Paese?

Fino ad oggi si è assistito ad una soddisfacente partecipazione italiana a progetti europei di ricerca per lo sviluppo di tecnologie per le celle a combustibile e l’utilizzo dell’idrogeno, sia nell’ambito del settimo programma quadro sia  in Horizon 2020.

I maggiori attori coinvolti in questi progetti risultano i centri di ricerca, come CNR, ENEA, Fondazione Bruno Kessler, e le università, in particola- re il Politecnico di Milano, il Politecnico di Torino, l’Università del Salento, l’Università di Perugia, l’Università di Genova.

Le aziende italiane trovano invece maggiori diffi- coltà a partecipare e ad assumere un ruolo signi- ficativo nel panorama europeo ed internazionale.

Questo avviene anche a causa dei limiti del Piano Nazionale di Sviluppo, pubblicato come allegato del Decreto Legislativo 16 dicembre 2016, n.257, che malgrado definisca un programma di diffusione dell’utilizzo dell’idrogeno in Italia, non è affiancato da opportuni finanziamenti o strumenti finanziari che possano efficacemente favorire lo sviluppo di tecnologie italiane in questo settore e la loro diffusione anche in ambito internazionale, così come avviene nella maggior parte degli stati europei a partire da Germania, Regno Unito e Francia.

In questi stati iniziative miste pubblico-private sono in forte crescita negli ultimi anni e stanno contribuendo significativamente ad un incremento della competitività economica delle tecnologie delle celle combustibile e per utilizzo dell’idrogeno.

Malgrado queste difficoltà, a cui si associa inoltre una carente informazione nell’opinione pubblica ed in alcuni settori industriali, in Italia negli ultimi anni si assiste ad un crescente interesse industriale per queste tecnologie, a cui si aggiungono le batterie a flusso e anche ad un rafforzamento delle attività  di  coordinamento e divulgazione svolte dall’associazione H2IT e dall’iniziativa MobilitàH2IT.

In quest’ottica il CT 105 può contribuire a rafforzare le collaborazioni dell’industria italiana a livello sia nazionale che internazionale e a divulgare in Italia quanto avanzata e prossima alla commercializzazione sia la tecnologia delle celle a combustibile.

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