L’idrogeno è il vettore energetico più promettente al fine di risolvere la sfida energetica mondiale. E’ il più abbondante e leggero tra gli elementi della materia e soprattutto è un combustibile ad altissima densità energetica e a zero-emissioni. La sfida tecnologica per dare all’idrogeno un ruolo decisivo nel breve termine è tanto ardua quanto stimolante.
Spike Renewables svolge attività di progettazione e consulenza nel campo della ricerca e sviluppo di tecnologie di produzione, stoccaggio e distribuzione dell’idrogeno.
Grazie al supporto del software COMSOL Multiphysics® con l’aggiunta di moduli specifici, Spike Renewables è in grado di ampliare le possibilità di progettazione, comprensione e ottimizzazione dei sistemi elettrochimici e di stoccaggio, come celle a combustibile, elettrolizzatori e serbatoi per stoccaggio con materiali ultraporosi ad adsorbimento di idrogeno quali ACs e MOF (Activated Carbons e Metal Organic Framworks), attraverso simulazioni precise, sia in fase di prototipazione sia per migliorare l’efficienza in fase operativa. La simulazione numerica offre un vantaggio significativo in termini di tempo e costo rispetto alla sperimentazione di laboratorio standard in quanto è possibile analizzare con precisione le interazioni tra i vari fenomeni che avvengono in una cella elettrochimica o in un serbatoio con materiali ultraporosi, tra cui i meccanismi di reazione, fluidodinamica,  scambio di calore e di adsorbimento. In particolare, la modellazione e la simulazione si possono utilizzare per prevedere la distribuzione di corrente e potenziale, la distribuzione delle specie chimiche e la distribuzione della temperatura in una cella elettrochimica, con lo scopo di progettare e gestire al meglio il suo funzionamento per un dato insieme di specifiche tecniche.
Tra le varie attività, è in corso una collaborazione con Nemesys, una delle start-up più innovative nel panorama italiano per lo sviluppo delle tecnologie legate all’idrogeno.

Attualmente è in corso il progetto MAST3RBoost per la decarbonizzazione dei veicoli in Europa attraverso il miglioramento dello stoccaggio dell’idrogeno: Maturing the Production Standards of Ultraporous Structures for High Density Hydrogen Storage Bank Operating on Swinging Temperatures and Low Compression”, è un progetto europeo che mira a fornire un solido punto di riferimento per lo stoccaggio di H2 adsorbito a bassa temperatura cold-adsorbed H2 storage (CAH2) a bassa compressione (100 bar o inferiore) mediante una nuova generazione di materiali ultraporosi (carbone attivo, AC e Metal Organic Frameworks, MOF) per applicazioni di mobilità, ovvero per veicoli alimentati ad H2, compresi i trasporti stradali, ferroviari, aerei e marittimi. L’obiettivo è raggiungere un aumento del 30% della capacità di stoccaggio di H2 a 100 bar (in riferimento al MOF-5, uno degli attuali detentori del massimo valore di adsorbimento) raggiungendo il 10% wt.% e 44 gH2/lPS ([1]), scalando i risultati e i protocolli di sintesi di laboratorio in processi di produzione di tipo industriale. Il raggiungimento di questi obiettivi  comporterà notevoli progressi dei sistemi di stoccaggio dell’idrogeno e quindi alla decarbonizzazione del sistema dei trasporti in Europa.

Il problema è che, al momento, la tecnologia d’avanguardia per lo stoccaggio di idrogeno a bordo è basata sulla compressione a 700 bar che ha raggiunto i 25 gH2/lsys ([2]), numero ancora basso considerando che l’ingresso nel mercato richiede un obiettivo di 5kg di H2 in un serbatoio di benzina equivalente (80 kg o 90 l). In effetti, le complessità associate ad un efficiente stoccaggio di H2 stanno causando una diffusione molto lenta dei veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV). L’obiettivo di MAST3RBoost è raggiungere almeno 40 gH2/Lsys, un traguardo significativo che aiuterebbe a fornire al mercato un vera alternativa agli attuali motori a combustione interna che contribuiscono in modo determinante alle emissioni di gas serra dell’UE.

[1] gH2/lPS: grammi di idrogeno stoccato per litro di materiale adsorbente alle condizioni di pressione da 100 bar a 5 bar; “Pressure Swing”  [2] gH2/lsys: grammi di idrogeno stoccato per litro del sistema complessivo che include oltre al serbatoio tutti gli ausiliari per il funzionamento a regime

Evoluzione dell’ossigeno in un elettrolizzatore alcalino