Stoccarda, Germania - L'idrogeno verde è indispensabile per raggiungere la neutralità climatica a livello globale. Può essere utilizzato in quasi tutti i settori, dai trasporti all'edilizia, fino all'industria manifatturiera. Bosch è pronta per l'idrogeno ed è stata tra i primi a muoversi in questo settore, sviluppando la tecnologia delle celle a combustibile. L’azienda, infatti, sta creando tecnologie per la produzione, la compressione, lo stoccaggio e l'uso dell'idrogeno, lungo l'intera catena del valore dell'idrogeno. In occasione del Bosch Tech Day 2023, Bosch presenta il proprio portafoglio di prodotti e servizi.
Prodotti presentati al Bosch Tech Day 2023
Stack PEM: idrogeno per il trasporto neutrale dal punto di vista climatico
Lo stack della cella a combustibile PEM (a membrana elettrolitica polimerica) è il cuore del sistema fuel cell mobile. Lo stack per applicazioni mobili comprende molte celle a combustibile singole. A seconda della potenza richiesta, possono essere diverse centinaia. In queste celle, l'idrogeno reagisce con l'ossigeno per produrre elettricità e acqua. La membrana all'interno della cella a combustibile impedisce il passaggio dell’elettricità tra l'anodo e il catodo. Allo stesso tempo, impedisce all'idrogeno di andare verso l'ossigeno. Una delle tecnologie utilizzate nella produzione delle piastre bipolari è la saldatura laser ad alta velocità, una procedura esclusiva di Bosch, utilizzata per realizzare 1.200 metri di saldature in ogni stack a tenuta di idrogeno. Bosch produce questi stack negli stabilimenti di Bamberg, in Germania, e di Wuxi, in Cina. La produzione in serie è stata avviata alla fine del 2022. Sono previsti altri siti di produzione, per esempio negli Stati Uniti.
Vita utile delle celle a combustibile PEM: soluzioni anti-invecchiamento
Nel corso della loro vita utile, le celle a combustibile subiscono un processo di invecchiamento: le particelle di platino e carbonio si ossidano e si degradano; le particelle di platino crescono e gli strati di catalizzatore si assottigliano. Per risolvere questo problema, i ricercatori Bosch hanno sviluppato un rivestimento speciale in grado di mitigare questi processi. Inoltre, le misure sistemiche consentono una strategia operativa che evita oneri legati all'invecchiamento, come le alte tensioni delle celle, e in futuro contribuiranno a prolungare ulteriormente la durata delle celle a combustibile PEM fino a 30.000 ore. Inoltre, alcuni effetti dell'invecchiamento possono essere invertiti: per questi casi, i ricercatori Bosch hanno sviluppato processi di ripristino.
Motore a idrogeno: base collaudata a emissioni zero
I motori a idrogeno sono un'altra possibilità per muovere i veicoli, oltre alle celle a combustibile. Sono particolarmente adatti per veicoli pesanti che percorrono lunghe distanze con carichi significativi, per il trasporto di merci a lungo raggio e in particolare per macchine edili e agricole. I motori e i sistemi di propulsione già disponibili sono una buona base, poiché molti dei componenti esistenti possono essere trasferiti alla struttura fondamentale del sistema di alimentazione. Bosch sta sviluppando due sistemi per motori a idrogeno: a iniezione indiretta e diretta. L'iniettore per iniezione diretta deve essere in grado di funzionare senza la lubrificazione fornita dal carburante liquido e deve aprirsi e chiudersi in modo affidabile circa un miliardo di volte nel corso della vita utile di un camion. Oltre all'acqua, l'unico prodotto di scarto rilevante emesso da un motore a idrogeno è l'ossido di azoto. Tuttavia, esso non ha alcun effetto rilevante sulla qualità dell'aria, grazie agli efficaci sistemi di trattamento dei gas di scarico. I primi veicoli dotati di questi motori dovrebbero arrivare sulle strade nel 2024.
Serbatoio di idrogeno: soluzione innovativa e salvaspazio per le auto
Attualmente, l'idrogeno per le auto a celle a combustibile è immagazzinato in grandi serbatoi rinforzati con fibra di carbonio a 700 bar. I ricercatori Bosch hanno sviluppato un serbatoio con due nuove caratteristiche. In primo luogo, è dotato di cilindri in acciaio. In secondo luogo, è un serbatoio a pavimento, che si inserisce nello spazio altrimenti occupato dalle batterie. Esternamente, il sistema assomiglia ai tradizionali serbatoi in acciaio. Nell'ambito di un progetto finanziato con fondi pubblici, è stato realizzato un prototipo pienamente conforme alle rigorose norme internazionali per i di serbatoi ad alta pressione. Il materiale del serbatoio è riciclabile e conveniente dal punto di vista dei costi.
IVECO Heavy Duty FCEV: camion alimentato a idrogeno per l'Europa
L'IVECO Heavy Duty FCEV (veicolo elettrico a celle a combustibile) è un camion alimentato a idrogeno per il mercato europeo. Con il suo sistema di propulsione elettrico a celle a combustibile e in combinazione con l'idrogeno verde, è a zero emissioni a livello locale. Può percorrere fino a 800 chilometri senza fare rifornimento, con un carico utile di circa 70 chilogrammi di idrogeno. Attualmente servono circa 20 minuti per fare rifornimento. Per questo l'IVECO Heavy Duty FCEV è adatto a molti usi, incluse le lunghe tratte.
eDistance Truck: tecnologia Bosch per la neutralità climatica
Bosch offre varie soluzioni di trazione per camion a lungo raggio, tra cui sistemi di propulsione elettrici a celle a combustibile, elettrici a batteria e ibridi. Più pesante è il carico e più lungo è il percorso, più il sistema di propulsione a celle a combustibile si rivela utile, con brevi soste di rifornimento e una lunga autonomia. Se l'idrogeno utilizzato proviene da fonti rinnovabili, consente anche di raggiungere la neutralità climatica. Bosch offre singoli componenti per il sistema di propulsione elettrico, la cella a combustibile e i sistemi di stoccaggio di idrogeno, nonché il modulo di alimentazione completo a celle a combustibile. Quest'ultimo è scalabile e, oltre allo stack, combina tutti i sottomoduli per l'alimentazione di idrogeno, l'alimentazione dell'aria e l'assorbimento di corrente. Un sistema complesso è stato trasformato in una soluzione facile da integrare.
Stazioni di rifornimento di idrogeno: soluzioni per la compressione dell'idrogeno
Per poter rifornire i veicoli con idrogeno in modo rapido e semplice, è necessario comprimere il gas fino a 900 bar. I compressori dotati di azionamenti Bosch Rexroth efficienti e a bassa manutenzione svolgeranno un ruolo significativo nella realizzazione di un'infrastruttura per l'idrogeno. Per esempio, Bosch Rexroth e Maximator Hydrogen hanno sviluppato una soluzione per la compressione efficiente dell'idrogeno per stazioni di rifornimento, serbatoi di stoccaggio e tubazioni. Maximator Hydrogen prevede di produrre circa 4.000 sistemi di compressori entro il 2030. Bosch Rexroth offre una soluzione di sistema scalabile a bassa manutenzione per l'efficienza energetica dei compressori a idrogeno. Le unità di azionamento scalabili con potenze fino a 250 kilowatt rappresentano per i gestori delle stazioni di rifornimento un modo conveniente per entrare nel campo della tecnologia dell'idrogeno. I nuovi compressori basati su container possono ridurre della metà il costo totale di proprietà rispetto alle alternative disponibili in commercio.
Stack e modulo elettrolisi intelligente: tecnologia per elettrolizzatori di idrogeno
Bosch mira non solo a utilizzare l'idrogeno, ma anche a fornire una tecnologia intelligente per la sua produzione. A questo scopo, sta sviluppando lo stack per elettrolisi, l'elemento centrale di un elettrolizzatore. Lo stack comprende più di 100 celle di elettrolisi che utilizzano l'elettricità per dividere l'acqua in ossigeno e idrogeno. È progettato per una capacità di 1,25 megawatt, con la quale è possibile produrre 23 chilogrammi di idrogeno all'ora. Sul lato idrogeno, la pressione risultante è superiore a 30 bar. Lo stack per elettrolisi Bosch è adatto per l'uso in impianti su piccola scala che producono 1 megawatt e oltre, fino a grandi impianti su scala gigawatt. Si prevede che sarà pronto per il mercato dal 2025. I primi progetti pilota con i clienti sono in preparazione e saranno avviati il prossimo anno. Inoltre, Bosch sta progettando di combinare lo stack di elettrolizzatori con una centralina elettronica, elettronica di potenza e vari sensori per creare un "modulo di elettrolisi intelligente". Questi elementi sono progettati per essere compatibili, risparmiare spazio e ottimizzare l'efficienza, l'affidabilità, l'installazione e la configurazione dei sistemi.
Sistema fuel cell a ossido solido: generazione di energia guidata dalla domanda
I sistemi fuel cell a ossido solido (SOFC) Bosch sono centrali elettriche mobili che possono essere utilizzate in edifici commerciali, impianti industriali e centri di calcolo. Un sistema SOFC genera una capacità di 100 kilowatt e, a seconda dei requisiti di potenza, è possibile combinare diversi sistemi per arrivare a una capacità nell'ordine dei megawatt. Utilizza combustibili convenzionali (biometano o gas naturale e in futuro anche idrogeno) per generare calore ed energia. Raggiunge un’efficienza complessiva del 90%. L'esperienza nella ceramica funzionale, sviluppata nella produzione di sensori lambda per veicoli, può essere utilizzata nella realizzazione di questi stack di celle a combustibile stazionarie. Si prevede che saranno pronti per la produzione entro la metà del decennio.
Riciclaggio del platino da stack di celle a combustibile
La produzione di stack di celle a combustibile PEM richiede materie prime preziose come il platino. Questo processo può essere reso molto più sostenibile ed economico se il platino viene recuperato da stack alla fine del loro ciclo di vita. Per questo, Bosch ha sviluppato nuovi modelli contrattuali che garantiscono all'azienda il diritto di riacquistare stack per applicazioni mobili. In questo modo le catene di approvvigionamento sono più prevedibili e stabili, aumenta la disponibilità di risorse e le emissioni di carbonio calano significativamente. Inoltre, i ricercatori Bosch hanno sviluppato soluzioni che utilizzano processi chimici per recuperare il platino in modo più ecologico, depositando più di 20 famiglie di brevetti. Ma la conservazione delle risorse non inizia solo alla fine del ciclo di vita del prodotto: anche durante il funzionamento si prevede di utilizzare gemelli digitali per monitorare la durata e il funzionamento dei componenti negli elettrolizzatori e nelle celle a combustibile in applicazioni mobili e stazionarie. Ciò consente di pianificare in anticipo la manutenzione, la riparazione e il riciclaggio.
Tecnologia di produzione e collaudo: come sono fatte le celle a combustibile
Bosch Manufacturing Solutions, dedicata ai macchinari speciali, fornisce attrezzature di produzione avanzate e tecnologia di test per la produzione di celle a combustibile, dai singoli componenti ai sistemi completi. In totale, oltre il 50% delle attrezzature di produzione richieste proviene da Bosch. Per esempio, i banchi prova di Feuerbach sono stati sviluppati dalla consociata di Bosch Moehwald con sede a Homburg. Per testare stack e sistemi, nel test funzionale di fine linea si simulano le condizioni naturali di funzionamento delle celle a combustibile PEM. Qui, la composizione del gas, la temperatura, la pressione e l'umidità sono le stesse del veicolo reale.
Caldaia industriale H2-ready: riscaldamento neutrale dal punto di vista climatico e calore di processo
Con i suoi sistemi industriali di caldaie all'avanguardia, Bosch aiuta i Paesi produttori di tutto il mondo a ridurre i costi energetici e raggiungere i loro obiettivi di sostenibilità, fino a rendere i processi termici neutrali dal punto di vista climatico. L'industria è responsabile di circa un quinto delle emissioni globali di carbonio, parte delle quali proviene dalla generazione di vapore, calore e acqua calda. L'idrogeno e l'elettricità verde hanno un enorme potenziale per il riscaldamento industriale e il calore di processo. I generatori di vapore e calore Bosch possono essere azionati in modo flessibile con idrogeno verde al 100%, elettricità verde o biocarburanti. Molti sistemi preesistenti sono già stati preparati per l’aggiornamento ai combustibili rinnovabili. Un'altra tecnologia promettente è quella dei sistemi di caldaie ibride. Il loro design è caratterizzato da un elemento riscaldante elettrico e un bruciatore e consentono di utilizzare contemporaneamente diversi combustibili, come elettricità verde e idrogeno. Ciò significa maggiore flessibilità, sicurezza dell'approvvigionamento e indipendenza dai combustibili fossili. I primi sistemi pilota sono entrati in funzione nel 2022 e stanno già consentendo un risparmio sulle emissioni di carbonio pari alle emissioni medie di oltre 4.500 famiglie.
Caldaie H2-ready: soluzione tecnologicamente neutrale per il riscaldamento ecocompatibile
Le caldaie a idrogeno Bosch possono essere inizialmente alimentate a gas naturale e poi facilmente convertite in idrogeno, una volta disponibile. È anche possibile una miscela del 20% di idrogeno al gas di rete senza necessità di refitting. Una volta che il 100% di idrogeno diventa disponibile, un installatore esperto può convertire le caldaie H2-ready al 100% di funzionamento a idrogeno entro circa un'ora. È sufficiente sostituire alcuni componenti, come il bruciatore. Le caldaie H2-ready occupano pochissimo spazio. Ciò le rende un'alternativa interessante per gli edifici preesistenti in cui lo spazio è limitato.
