Sistemi di alimentazione a idrogeno liquido nell’innovazione marittima

I regolatori di portata massica Alicat MCRQ sostengono la barca a idrogeno del TU Delft Hydro Motion Team per la Monaco Energy Boat Challenge

I regolatori di portata massica Alicat MCRQ sostengono la barca a idrogeno del TU Delft Hydro Motion Team per la Monaco Energy Boat Challenge

Favorire la scoperta sull’acqua

Figura 1: Mira alla presentazione ufficiale. La barca a idrogeno liquido dell’Hydro Motion Team per il 2025.

La transizione verso un’energia sostenibile nel settore marittimo richiede più dell’ambizione: richiede precisione. Per questo Alicat Scientific è orgogliosa di sostenere il TU Delft Hydro Motion Team come Bronze Partner nel suo innovativo progetto 2025. L’obiettivo è progettare, costruire, collaudare e far gareggiare Mira, una barca a foil alimentata a idrogeno, progettata con un doppio sistema a idrogeno, un serbatoio di idrogeno gassoso e un serbatoio di idrogeno liquido completamente integrato, che partecipa alla Monaco Energy Boat Challenge.

Equipaggiare questo innovativo sistema di alimentazione con i nostri regolatori di portata massica MCRQ consente al team di gestire l’erogazione del combustibile a idrogeno in modo sicuro e accurato, aiutandolo a dimostrare che l’idrogeno liquido può alimentare la prossima generazione di propulsione marina pulita.

La sfida: far funzionare l’idrogeno per il trasporto marittimo

L’obiettivo del TU Delft Hydro Motion Team è tanto ambizioso quanto stimolante. Il team prevede di progettare, costruire, collaudare e far gareggiare una barca pienamente funzionante dotata di un doppio sistema a idrogeno, il tutto in un anno, e di partecipare alla Monaco Energy Boat Challenge 2025.

Ma oltre alla competizione in sé, la missione del team va più lontano. Dimostrando che una barca può funzionare con successo a idrogeno liquido, il team punta a stimolare una più ampia innovazione in tutto il settore marittimo. Questo lavoro dimostra il potenziale dell’idrogeno come alternativa pulita e scalabile ai combustibili fossili.

Questo progetto si basa sui successi passati del team con l’idrogeno compresso, già un combustibile marino collaudato e a zero emissioni. Ora, mentre il team punta a una maggiore autonomia e a una maggiore efficienza a bordo, il volume di stoccaggio e la densità energetica sono le prossime grandi sfide.

Per risolverle, il team ha scelto di lavorare con l’idrogeno liquido. La sua densità energetica volumetrica è tre volte superiore a quella dell’idrogeno compresso a 350 bar. Ciò lo rende un modo efficace per risparmiare spazio e prolungare l’autonomia, requisiti chiave nelle imbarcazioni ad alte prestazioni.

Ma stoccare e utilizzare l’idrogeno liquido comporta delle difficoltà. Il combustibile deve essere mantenuto a −253°C, il che richiede serbatoi criogenici isolati. Il team affronta il problema con un sistema di serbatoi su misura, a doppia parete, isolati sottovuoto e in fibra di carbonio. Questo limita l’ingresso di calore a soli 7 watt, equivalenti a una piccola lampadina LED. Per non sprecare energia, il calore di scarto della cella a combustibile viene utilizzato per portare l’idrogeno alla temperatura di esercizio richiesta di ~20°C prima che raggiunga la cella a combustibile.

I compromessi (tassi di boil-off, volume del serbatoio, peso dello stoccaggio e vaporizzazione a bordo) sono esattamente il tipo di vincoli del mondo reale che questo progetto è pensato per esplorare. E sebbene Mira sia una compatta barca a foil, la domanda più grande resta: un sistema come questo potrebbe scalare a imbarcazioni più grandi, come i traghetti? È il tipo di pensiero che Alicat è entusiasta di sostenere insieme a partner che spingono i confini di ciò che è possibile.

Il ruolo di Alicat: il controllo di portata dopo la vaporizzazione

Nel sistema a idrogeno di Mira, l’idrogeno è stoccato come liquido criogenico. Prima di raggiungere la cella a combustibile, passa attraverso un vaporizzatore, trasformandosi in gas a temperatura ambiente. Questa fase è critica: erogare gas alla pressione e alla portata corrette richiede una regolazione stabile, una retroazione rapida e un controllo preciso.

Figura 2: Schema semplificato del sistema a idrogeno dell’Hydro Motion Team.

Per rispondere a questa esigenza, il team ha integrato il regolatore di portata massica Alicat MCRQ immediatamente a valle del vaporizzatore. Questo dispositivo gestisce la portata massica dell’idrogeno gassoso verso la cella a combustibile e consente di:

- Fornire alla cella a combustibile una pressione di alimentazione stabile e precisa.

- Misurare il consumo di idrogeno tramite il monitoraggio della portata massica in tempo reale

- Monitorare pressione e temperatura per contribuire a prevenire problemi della cella a combustibile come la disidratazione o la carenza di combustibile.

- Supportare la validazione dei test e l’ottimizzazione delle prestazioni nel mondo reale.

L’MCRQ è compatto, certificato ATEX Zona 2 e progettato per una risposta rapida del sistema. Si integra facilmente negli stretti vincoli di un’imbarcazione pronta per la gara. Il suo ruolo è vitale durante lo sviluppo del sistema, perché aiuta il team a raccogliere dati, a regolare i parametri e a prepararsi alle prestazioni del giorno della gara. In breve, aiuta a tradurre un’audace ingegneria dell’idrogeno in affidabilità operativa.

Perché è stato scelto l’MCRQ

Figura 3: L’unità MCRQ di Alicat montata all’interno del sistema di controllo dell’idrogeno dell’Hydro Motion Team.

L’Hydro Motion Team, insieme ai nostri ingegneri applicativi, ha selezionato la serie Alicat MCRQ per la sua comprovata capacità nelle applicazioni con idrogeno gassoso a bassa portata, che offre una potente combinazione di precisione, velocità e sicurezza. Le caratteristiche chiave che hanno influenzato la decisione comprendono:

- Campo di portata di 0 – 1,5 g/s, che si traduce in un’incertezza di ± 0,01 g/s a una portata nominale di 1 g/s, abbastanza piccola da mantenere costante la potenza erogata dalla cella a combustibile.

- Uscita analogica 4 – 20 mA, scelta specificamente per le sue elevate frequenze di aggiornamento (campo dei kHz)

- Certificazione ATEX Zona 2 IIC, che richiede un’infrastruttura di sicurezza aggiuntiva minima.

- Posizione della valvola a monte, che consente una regolazione precisa della pressione di alimentazione a valle, supportando valori target come i ~2,5 bar comunemente riscontrati negli stack di celle a combustibile.

- Accuratezza di ± 1,0% della lettura (o ± 0,2% del fondo scala)

Insieme, queste caratteristiche offrono al team una soluzione robusta, compatta e reattiva, un elemento chiave per i test nel mondo reale e un passo verso una propulsione a idrogeno pulita e scalabile.

I progressi in gara e i passi successivi

Il TU Delft Team ha presentato Mira all’inizio di quest’anno e l’ha messa alla prova alla Monaco Energy Boat Challenge 2025, gareggiando nella SeaLab Class, la classe master che guida l’innovazione nella propulsione alternativa per il settore marittimo.

Durante la settimana, Mira ha mostrato che cosa è possibile fare con l’idrogeno. Il team ha navigato principalmente con il serbatoio di idrogeno gassoso. Il sistema a idrogeno liquido è stato completamente costruito, collaudato a terra e integrato nella barca, pronto per le gare future. Realizzare questo doppio sistema è un traguardo importante che pone le basi per i progressi futuri.

In gara, Mira ha ottenuto risultati notevoli: 3° posto nella Manoeuvrability e nella 16 Nautical Mile Speed Race, 2° posto nello Speed Record, con una velocità massima di 50 km/h, e 1° posto nella Endurance Race, dimostrando affidabilità nell’arco di tre ore costanti. Queste ottime prestazioni hanno assicurato al team un notevole 2° posto assoluto nella SeaLab Class, una testimonianza della resilienza della barca e della dedizione che c’è dietro.

La strumentazione Alicat ha svolto un ruolo vitale garantendo una portata di idrogeno stabile e precisa, supportando il funzionamento sicuro della cella a combustibile e fornendo preziosi dati sulle prestazioni in reali condizioni di gara. Questa collaborazione rappresenta più che la semplice fornitura di un regolatore di portata. Mostra come l’innovazione sostenibile nasca quando formazione, ingegneria e prove nel mondo reale si incontrano. Sostenendo l’Hydro Motion Team e il suo lavoro su Mira, Alicat contribuisce a:

- Far progredire i sistemi di alimentazione a idrogeno liquido nel trasporto marittimo

- Valorizzare una formazione ingegneristica pratica

- Promuovere tecnologie di propulsione a basse emissioni pratiche

Siamo onorati di far parte di questo progetto e orgogliosi di sapere che i nostri strumenti aiutano a guidare il futuro dell’energia marittima pulita, e non vediamo l’ora di vedere il prossimo team portare questa svolta ancora più lontano.

Insieme, non ci limitiamo a misurare l’idrogeno. Contribuiamo ad alimentare il futuro.

Per saperne di più sulle soluzioni per il collaudo delle celle a combustibile a idrogeno e per il controllo di portata $ Scopri le soluzioni per l’idrogeno