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Celle a combustibile idrogeno per applicazioni aeronautiche
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La recente evoluzione della situazione energetica mondiale e dell’effetto delle attività umane sul clima ha portato alla necessità di definire in modo nuovo il concetto dei sistemi di trasporto, anche in campo aeronautico. Lo sviluppo di tecnologie e dispositivi in grado di offrire soluzioni efficienti per la produzione e la conversione di energia elettrica ha offerto nuove prospettive di applicazione a bordo di velivoli sia per l’alimentazione dei servizi sia per la propulsione di aeromobili leggeri.
Tra gli ambiti di applicazione l’ambiente aeroportuale è soggetto ad un forte inquinamento causato principalmente dalle emissioni “primarie” provenienti dai propulsori dei velivoli, ma anche dalle operazioni al suolo (il cosiddetto handling); queste ultime contribuiscono in modo non trascurabile alle emissioni inquinanti, chimiche ed acustiche. Ad esempio, le operazioni dell’unità ausiliaria di generazione d’energia di bordo (denominata APU) il cui impiego è necessario per alimentare le esigenze del velivolo fermo al suolo, con motori spenti durante le operazioni di imbarco e sbarco: l’alimentazione di questi piccoli turbomotori, molto rumorosi, è a cherosene.
Il progetto HySky si propone di progettare, prototipizzare e sperimentare l’utilizzo in volo di celle a combustibile idrogeno valutandone le caratteristiche prestazionali ed i vincoli tecnologici. |
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Obiettivi del Progetto
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 Traendo spunto da questo problema al Politecnico di Torino un gruppo di ricerca ha cominciato a progettare e a sperimentare unità innovative di generazione elettrica, ad elevato rendimento, concepite espressamente per l’impiego a bordo di aeromobili di piccole e medio-piccole dimensioni, che consentano la riduzione dei consumi e delle emissioni inquinanti ed acustiche.
La ricerca ha già permesso la realizzazione di un primo prototipo, in scala ridotta, di unità di generazione elettrica basato su una cella a combustibile ad idrogeno di tipo PEM; il prototipo è stato sottoposto ad una prima campagna sperimentale in volo imbarcando la cella su un velivolo leggero messo a disposizione dalla società DigiSky, PMI piemontese incubata dal Politecnico di Torino (I3P), specializzata nella progettazione e nello sviluppo di avionica avanzata dedicata a velivoli leggeri, che ha permesso di effettuare i test con un’ampia escursione dei parametri di volo. La campagna di volo è stata coordinata da Maurizio Cheli, Direttore Scientifico di DigiSky.
L’unità di generazione elettrica consente di alimentare sia a terra che in volo tutto il sistema avionico del velivolo nonché di assicurare l’energia necessaria per l’avviamento; verrà inoltre considerato l’opportunità di applicare la tecnica della cogenerazione, per aumentare ulteriormente il rendimento di funzionamento dell’unità; infatti, l’ambiente in cui opera una cella a combustibile deve essere mantenuto in condizioni di temperatura superiori allo zero: alcune condizioni operative di volo possono prevedere un esercizio a temperature al di sotto dello zero. In tal caso può essere la cella stessa a fornire il calore necessario per mantenere l’ambiente in condizioni idonee, ma è necessario effettuare un’accurata valutazione degli aspetti legati allo scambio termico fra la cella e l’ambiente in cui essa si trova.
Il primo ciclo di sperimentazione in volo, passo fondamentale del processo di progettazione aerospaziale, si è conclusa con successo ed ha permesso di valutare l’effetto congiunto della variazione delle condizioni ambientali dell’atmosfera durante l’ascesa in quota e delle manovre del velivolo sulle caratteristiche di funzionamento della cella a combustibile. I risultati hanno dimostrato un sensibile effetto della quota sulle prestazioni. Tali indicazioni sono state utili per individuare opportune modifiche del sistema la cui efficacia sarà sperimentata a settimane in una seconda campagna di prove. |
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 E’ in previsione la realizzazione di un prototipo di dimensioni maggiori (svariate centinaia di W), allargando la collaborazione al Dipartimento di Elettrica del Politecnico di Torino e al centro HySyLab dell’Environment Park, la cui sperimentazione potrebbe cominciare tra un paio di mesi. In tal caso è previsto di alimentare direttamente, durante il volo, il sistema avionico del velivolo; verrà inoltre considerato l’opportunità di applicare la tecnica della cogenerazione, per aumentare ulteriormente il rendimento di funzionamento dell’unità; infatti, l’ambiente in cui opera una cella a combustibile deve essere mantenuto in condizioni di temperatura superiori allo zero: alcune condizioni operative di volo possono prevedere un esercizio a temperature al di sotto dello zero. In tal caso può essere la cella stessa a fornire il calore necessario per mantenere l’ambiente in condizioni idonee, ma è necessario effettuare un’accurata valutazione degli aspetti legati allo scambio termico fra la cella e l’ambiente in cui essa si trova.
E’ in previsione la costruzione di un’unità di potenza ancora superiore che potrebbe essere utilizzata per la propulsione di un’aeronave a navigazione autonoma, sviluppata da una PMI piemontese con il coordinamento del prof. Piero Gili del Politecnico di Torino e di un velivolo ultraleggero ad ala fissa.
L'utilizzo di una cella a combustibile nel sistema energetico in esame consente di verificare alcuni aspetti di interesse rilevante per applicazioni mobili: la compatibilità e l'integrazione di tecnologie energetiche diverse in un sistema compatto e ad alte prestazioni, la possibilità di usufruire di tale diversificazione per aumentare la sicurezza e l’affidabilità del sistema ed, inoltre, l’opportunità di utilizzare una tecnologia ad impatto ambientale nullo per l’alimentazione di utenze. E’ la prima volta che in Italia si procede ad una sperimentazione in volo di celle a combustibile con le quali si alimentano direttamente le utenze del velivolo. |
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Prove della cella idrogeno sulla Capanna Margherita
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 (ANSA - 27/08/2007 18:35)
Partirà domani da Gressoney la Trinité (Aosta) la spedizione, composta da ricercatori di Enviroment Park e del Politecnico di Torino, diretta ai 4556 metri della Punta Gnifetti, sul massiccio del Monte Rosa, con l'obiettivo di compiere una serie di test sull'idrogeno nei laboratori della Capanna Margherita, il rifugio più alto d'Europa.
"Un esperimento ad oltre 4.000 metri - precisano in promotori - per valutare le prestazioni di un generatore elettrico a idrogeno realizzato da Environment Park e rimodellato dai Dipartimenti di ingegneria aeronautica e spaziale e di energetica del Politecnico di Torino". Si tratta di un generatore "destinato ad essere utilizzato come unità di generazione di partenza di bordo sul velivolo ultraleggero Pelican, messo a disposizione dalla ditta Digisky dell'incubatore di imprese del Politecnico di Torino". I test si concluderanno il primo settembre.
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 Lo scorso giovedì 27 settembre 2007, presso I3P Incubatore Imprese Innovative Politecnico di Torino si è svolto il Worklab "Applicazione delle celle a combustibile nel settore aerospaziale".
L’incontro, organizzato da COREP con la collaborazione del Politecnico di Torino, si è prefitto un duplice obiettivo:
1. diffondere informazioni sulle collaborazioni attualmente in corso fra alcune PMI piemontesi ed i centri di ricerca del Politecnico di Torino in un settore suscettibile di importanti sviluppi ed applicazioni come quello delle energie rinnovabili applicate al settore aerospaziale;
2. fornire alla PMI tangibili esempi di interesse da parte della grande industria per questi temi che possono diventare fonte di opportunità e di business.
La ricerca presentata consiste nel progetto preliminare di unità innovative di generazione elettrica concepite espressamente per l’impiego a bordo di aeromobili, di piccole e medio-piccole dimensioni, come unità ausiliaria di potenza secondaria (APU). Nei limiti delle risorse disponibili sono stati realizzati prototipi semplificati e in scala ridotta dell’unita, con i quali si potrebbe procedere, successivamente, con la sperimentazione in volo. Durante l’incontro verranno illustrate le attività in corso che vanno dal progetto e costruzione dei suddetti prototipi di unità di generazione elettrica di bordo, alle modifiche necessarie per il successivo imbarco dei prototipi su velivolo, allo sviluppo di sistemi per la supervisione e controllo degli apparati, fino alla definizione di componenti ad hoc per l’applicazione aerospaziale. Una parte dell’incontro sarà anche dedicata al dialogo con le aziende intervenute allo scopo di approfondire aspetti di loro interesse e avere spunti per altre prossime iniziative a favore delle PMI.
DigiSky ha presentato i risultati della sperimentazione in volo ella prima cella a combustibile.
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