Un’azienda turca deep tech cerca partner di R&S che vogliano collaborare ad un progetto sulle energie rinnovabili focalizzato sulla produzione di idrogeno verde dal calore di scarto industriale mediante generatori termoelettrici (TEG) ed elettrolizzatori, nell’ambito del programma EUROSTARS.
Precisamente, l’azienda cerca partner di R&S per definire, insieme ai membri del consorzio, gli obiettivi finali e le prospettive del progetto. Per la presentazione della proposta è necessario costituire un consorzio di almeno due partner provenienti da due diversi Paesi Eurostars e che ciascun Paese applica proprie regole di collaborazione nell’ambito del programma.
L’azienda accoglie manifestazioni di interesse da potenziali partner nel settore delle energie rinnovabili che abbiano le seguenti competenze:
- moduli di generazione termoelettrica: materiali termoelettrici ad alta efficienza, quali siliciuri, tetraedrite o varianti del tellururo di bismuto, ottimizzati per temperature comprese tra 150 °C e 500 °C e superiori, con durabilità dimostrata in condizioni di cicli termici;
- integrazione delle sorgenti di calore: recupero del calore di scarto da condotti dei fumi industriali, mantelli di forni rotativi, superfici radianti dei processi di colata continua e altri flussi termici con temperature comprese tra 30 °C e 500 °C e superiori;
- elettronica di potenza: competenze nell’aggregazione di correnti continue elevate, logiche di controllo personalizzate per l’inseguimento del punto di massima potenza (MPPT) e condizionamento CC-CC adatto a correnti fino a 700 A per linea di stack;
- integrazione degli elettrolizzatori: adeguamento dei livelli di corrente degli stack, ottimizzazione della contropressione nel circuito dei gas, logiche di sicurezza e purificazione in presenza di un’alimentazione variabile derivata dal calore di scarto;
- obiettivo di scala: progettazione di un sistema industriale con capacità di base fino a 238 Nm³/ora di H₂, pari a circa 171,3 tonnellate di idrogeno verde all’anno.
Nell’ambito della cooperazione di R&S nel settore delle energie rinnovabili, i ruoli delle diverse tipologie di partner cercati sono i seguenti:
- PMI specializzate in TEG e gestione termica: sviluppo di moduli TEG allo stato solido per alte temperature, scambiatori di calore e interfacce termiche. Il contributo atteso consiste nel co-sviluppo dei formati dei moduli e nella validazione della loro durabilità in condizioni termiche rappresentative dell’ambiente industriale.
- Partner industriali per le attività pilota e organismi di ricerca: supporto nell’accesso a flussi termici industriali pertinenti e a strutture per la validazione pilota. Il contributo atteso consiste nel mettere a disposizione condizioni di prova, supportare le misurazioni e validare l’applicabilità industriale della tecnologia.
- PMI specializzate in elettronica di potenza e automazione: sviluppo di reti di condizionamento CC-CC, algoritmi MPPT e sistemi di automazione o controllo della sicurezza. Il contributo previsto consiste nel supportare l’aggregazione multipunto affidabile della potenza in CC e il relativo controllo in presenza di apporti termici variabili.
- PMI specializzate nelle tecnologie degli elettrolizzatori: sviluppo di soluzioni per l’integrazione degli stack, l’ottimizzazione del circuito dei gas, l’adeguamento dei livelli di corrente e la purificazione dei gas. Si prevede che questi partner contribuiscano a validare le prestazioni degli elettrolizzatori alimentati direttamente in CC mediante il recupero del calore industriale.
- PMI di ingegneria e integrazione di sistemi: supporto alla progettazione dei sistemi ausiliari d’impianto (balance of plant), alla valutazione della sicurezza e all’integrazione del sistema pilota. Il contributo atteso consiste nella realizzazione dell’impianto pilota e nell’attuazione del percorso di aumento di scala successivo alla validazione tecnica.
L’azienda turca ha esperienza nel settore delle energie rinnovabili e nell’innovazione energetica deep tech, compreso lo sviluppo di elettrolizzatori, e dispone di diverse soluzioni operative presso i siti dei propri clienti. L’azienda detiene inoltre un portafoglio di brevetti relativi alla combinazione di elettrolizzatori e generatori termoelettrici (TEG) per diverse applicazioni industriali. Questi brevetti riguardano la conversione del calore di scarto in energia mediante generatori termoelettrici ed elettrolizzatori, l’accoppiamento tra generatore termoelettrico ed elettrolizzatore e l’aggregazione multipunto della potenza elettrica in corrente continua.
L’azienda opera come progettista di architetture indipendenti dai fornitori, anziché come produttore di hardware. Con questo progetto intende sviluppare prototipi funzionanti che convertano in idrogeno verde il calore inutilizzato e/o di scarto generato e disperso nei siti industriali. Lo stoccaggio dell’idrogeno o la sua conversione in ammoniaca verde o e-metanolo potranno essere discussi come attività da includere nel progetto oppure come temi di ricerca successivi, in funzione delle competenze dei partner.
Il progetto proposto svilupperà e validerà un’architettura specifica per il sito, capace di convertire il calore di scarto industriale in elettricità mediante moduli termoelettrici allo stato solido. La corrente continua (CC) recuperata sarà condizionata e fornita direttamente agli stack degli elettrolizzatori, utilizzando l’elettricità di rete soltanto per coprire il fabbisogno residuo. Il concept prevede che circa il 73,3% dell’elettricità necessaria all’elettrolisi provenga da calore di scarto disponibile senza costo di acquisto e circa il 26,7% dalla rete. Su scala industriale, l’architettura mira a ridurre il costo livellato dell’idrogeno verde e a consentire la produzione in loco di idrogeno verde, ammoniaca verde ed e-metanolo.
I generatori termoelettrici sono dispositivi allo stato solido che convertono direttamente il calore in energia elettrica sfruttando l’effetto Seebeck. Nonostante la bassa efficienza energetica, pari a circa il 7,5%, sono in grado di generare elettricità in sicurezza sfruttando flussi termici con temperature comprese tra 30 °C e 500 °C. A causa della loro bassa efficienza energetica, lo stoccaggio dell’energia generata dai TEG rappresenta una sfida. L’approccio che combina TEG ed elettrolizzatori consente di immagazzinare l’energia anche sotto forma di idrogeno, ammoniaca ed e-metanolo.
L’idrogeno verde svolge un ruolo centrale nella decarbonizzazione delle industrie ad alta intensità energetica, ma il costo dell’elettricità rimane il principale ostacolo alla sua adozione su larga scala. I siti manifatturieri producono continuamente calore di scarto, spesso proveniente da condotti dei fumi, mantelli dei forni, superfici calde e processi di colata. Gran parte di questo calore viene attualmente dispersa senza essere utilizzata in modo produttivo.
L’azienda ha sviluppato e possiede un’unità dimostrativa completamente operativa, alloggiata in un container da 40 piedi, che integra elettronica di potenza, gestione termica e stack di elettrolizzatori. Organismi di ispezione accreditati hanno verificato in modo indipendente un assorbimento di potenza attiva pari a 27,90 kW, con una produzione di 30,05 m³/ora di HHO, equivalente a 17,11 Nm³/ora di H₂. L’analisi mediante gascromatografia ha rilevato una purezza dell’idrogeno, espressa come percentuale dell’area cromatografica, compresa tra il 93,4% e il 97,25%.
La tecnologia nel settore delle energie rinnovabili che l’azienda turca ha intenzione di sviluppare ha i seguenti aspetti innovativi e vantaggi:
- riduzione sostanziale dei costi operativi, grazie all’impiego continuo del calore di scarto come fonte di elettricità senza costi di combustibile per coprire la maggior parte del carico dell’elettrolisi;
- potenziale di funzionamento continuo, poiché i flussi termici industriali sono disponibili 24 ore su 24 e non dipendono dall’intermittenza delle fonti solari o eoliche;
- modularità allo stato solido, poiché i moduli TEG non hanno parti mobili e possono essere disposti in corrispondenza di sorgenti termiche distribuite a bassa e media temperatura;
- accoppiamento in corrente continua, che riduce le perdite di conversione mediante il condizionamento della potenza in CC recuperata per alimentare più stack di elettrolizzatori;
- prestazioni pilota verificate in modo indipendente su un’unità containerizzata, comprendenti una produzione equivalente a 17,11 Nm³/ora di H₂ e misurazioni della purezza dell’idrogeno comprese tra il 93,4% e il 97,25%;
- contributo alla decarbonizzazione industriale per gli esportatori esposti ai costi delle emissioni di carbonio dell’UE, compresi gli oneri legati al CBAM, nei casi in cui l’idrogeno verde possa sostituire i combustibili fossili o essere impiegato per produrre molecole derivate.