Il Corso si articola in due moduli didattici, il primo dei quali tratta la tecnologia dell’idrogeno e delle celle a combustibile, mentre il secondo concerne i metodi di accumulo e trasporto dell’energia.
Per quanto riguarda il modulo di Tecnologia sono analizzare le tematiche relative all’introduzione del vettore idrogeno nei sistemi energetici, ma soprattutto approfonditi i processi fondamentali e le descrizione della tecnologia delle celle a combustibile.

Il modulo di Tecnologia affronta il sistema energetico dell’idrogeno (Proprietà fisico-chimiche, Rassegna delle principali tecnologie di produzione, i metodi di immagazzinamento), i convertitori elettrochimici (richiami di elettrochimica e di termodinamica chimica), le Celle a combustibile con elettrolita polimerico (PEMFC) (Descrizione generale della cella e dei suoi principi di funzionamento, Modello elettrochimico, Analisi dei principali parametri di funzionamento e del loro effetto sulle prestazioni di cella, gestione dell’acqua all’interno della cella, stack in configurazione cogenerativa, Sistemi e applicazioni) e infine le Celle a combustibile con elettrolita a ossidi solidi (SOFC) (descrizione generale della cella e dei suoi principi di funzionamento, Modello elettrochimico, Modello chimico, Modello di simulazione a parametri concentrati di uno stack SOFC comprensivo di Balance of Plant (BoP), Sistemi e applicazioni).

Sono necessarie le conoscenze di base della Termodinamica e Termocinetica, degli Impianti Chimici, di Scienza dei Materiali.

TERMODINAMICA CHIMICA
- Richiami di termodinamica chimica.

I CONVERTITORI ELETTROCHIMICI
- Richiami di elettrochimica

IL SISTEMA ENERGETICO DELL’IDROGENO
- Proprietà fisico-chimiche
- Rassegna delle principali tecnologie di produzione: Reforming di idrocarburi; Gassificazione di idrocarburi; carbonio, e biomasse; Elettrolisi; Metodi fotochimici.
- I metodi di immagazzinamento: Compressione diretta; Liquefazione; Gli idruri; Nanotecnologie del carbonio.
- Problemi normativi e di sicurezza.

CELLE A COMBUSTIBILE CON ELETTROLITA POLIMERICO (PEMFC)
- Descrizione generale della cella e dei suoi principi di funzionamento.
- Modello elettrochimico.
- Analisi dei principali parametri di funzionamento e del loro effetto sulle prestazioni di cella.
- La gestione dell’acqua all’interno della cella
- Stack in configurazione cogenerativa: parametri di funzionamento e loro effetto sulle prestazioni cogenerative dello stack.
- Sistemi e applicazioni.

CELLE A COMBUSTIBILE CON ELETTROLITA A OSSIDI SOLIDI (SOFC)
- Descrizione generale della cella e dei suoi principi di funzionamento.
- Modello elettrochimico.
- Modello chimico.
- Modello di simulazione a parametri concentrati di uno stack SOFC comprensivo di Balance of Plant (BoP)
- Sistemi e applicazioni.

QUESTIONI GENERALI E METODOLOGICHE DI ACCUMULO E TRASPORTO DELL’ENERGIA
- Richiami teorici dei principi fisici e termodinamici per descrivere l’immagazzinamento di energia come energia interna, con e senza modificazione dello stato di aggregazione e della fase, di energia chimica e di energia meccanica. Rassegna delle principali equazioni di stato delle sostanze più significative.
- Nozioni di topologia delle reti di grande estensione e richiami di fluidodinamica monodimensionale nei condotti.
- I problemi normativi e tariffari.

IMMAGAZZINAMENTO E ACCUMULO
- serbatoi termodinamici di energia: Accumulatori termici del tipo liquido-liquido, gas-liquido e gas-solido.
- Accumulatori a fusione con cambiamento dello stato di aggregazione liquido-solido e liquido-vapore. Accumulatori a gas compresso.
- I serbatoi di energia elettrica: Pile e batterie elettrochimiche ricaricabili; Il pompaggio dell’acqua nei bacini idrici in quota.

TRASPORTO
- Il trasporto dell’energia termica: le reti a fluido per il riscaldamento e la climatizzazione degli edifici; Le reti di riscaldamento urbano centralizzate di grande estensione.
- Il trasporto di energia chimica nei combustibili: oleodotti e gasdotti, terrestri e sottomarini; Trasporti marittimi e terrestri di petrolio greggio. Trasporti marittimi e terrestri di gas naturale e gas di petrolio liquefatti (LNG e GPL); Trasporto di carbone.
- Trasporto di energia elettrica: reti aeree e sotterranee a bassa, media e alta tensione; il trasporto con cavi superconduttori.

In aula si svilupperà un modello di funzionamento e dimensionamento delle celle utilizzando metodi di calcolo sviluppati nel corso delle lezioni. In laboratorio si eseguiranno test sperimentali sia su monocelle che su stack PEMFC (circa 4 ore) sia su monocelle che su stack SOFC (circa 4 ore). In aula si svilupperà l’analisi dettagliata di una tecnologia di accumulo e di una tecnologia di trasporto, utilizzando metodi di calcolo sviluppati nel corso delle lezioni e codici numerici messi a disposizione dal docente (circa 20 ore). Per visite guidate a impianti reali si prevedono circa 4 ore