BMW Fields Flotta pilota di veicoli a celle a combustibile a idrogeno - The Detroit Bureau

La BMW lo è test sul campo dell'iX5 Hydrogen versione del SUV iX, alimentato da una cella a combustibile a membrana a scambio protonico che alimenta l'elettricità direttamente ai motori EV. 

Il BMW Group riceve le sue singole celle a combustibile dalla Toyota Motor Corp. e le pompe ad aria da Garrett Motion come parte di una partnership per sviluppare motori a celle a combustibile. Toyota ha già commercializzato a veicolo a celle a combustibile di produzione, il Mirai, in mercati selezionati dal 2014. 

Utilizzando le celle Toyota, il BMW Group sta producendo sistemi di celle a combustibile altamente efficienti presso il suo "centro di eccellenza" per l'idrogeno con sede a Monaco. La tecnologia del sistema a celle a combustibile è uno dei componenti più importanti della BMW iX5 Hydrogen e BMW ritiene che questo lavoro influenzerà la trasformazione dell'intero settore della mobilità. 

“L'idrogeno è il pezzo mancante nel puzzle quando si tratta di mobilità senza emissioni. Una tecnologia da sola non sarà sufficiente per consentire una mobilità climaticamente neutra in tutto il mondo ", ha affermato Oliver Zipse, presidente del consiglio di amministrazione di BMW AG. 

Come funziona una cella a combustibile PEM

Una cella a combustibile a membrana a scambio protonico (PEM) è un semplice generatore a stato solido. All'interno della cella ci sono due piastre separate da una membrana permeabile. Le piastre sono scanalate per facilitare il flusso del gas e rivestite con un metallo conduttivo. Il sistema indirizza l'idrogeno compresso su un lato della membrana e l'aria atmosferica compressa sull'altro. 

La membrana consente agli atomi di idrogeno di attraversare, ma strappa gli elettroni dagli atomi di idrogeno mentre passano. Gli elettroni viaggiano attraverso i conduttori verso l'altro lato della cella, creando corrente elettrica. 

Una volta attraversata la membrana, l'atomo di idrogeno si lega con l'ossigeno nell'aria atmosferica per creare acqua e l'atomo riacquista un elettrone. Pertanto, l'output della cella a combustibile è semplicemente acqua pura ed elettricità. 

Ci sono due fasi nella produzione di celle a combustibile: in primo luogo, le singole celle a combustibile vengono impilate per creare una pila di celle a combustibile. Quindi, tutti gli altri componenti vengono montati per formare un sistema completo di celle a combustibile. Il BMW Group ha sviluppato speciali componenti a idrogeno per il nuovo sistema di celle a combustibile. Questi includono lavorare con Garrett per produrre un compressore ad alto numero di giri per spingere aria atmosferica regolare attraverso la cella a combustibile. 

“L'idrogeno è una fonte di energia versatile che ha un ruolo chiave da svolgere nel processo di transizione energetica e quindi nella protezione del clima. Dopotutto, è uno dei modi più efficienti per immagazzinare e trasportare le energie rinnovabili. Dovremmo utilizzare questo potenziale anche per accelerare la trasformazione del settore della mobilità", afferma Zipse. 

La sfida del sistema di celle a combustibile è che, anche se è l'elemento più comune nell'universo, gli atomi di idrogeno liberi sono rari sulla Terra a causa della loro propensione a legarsi con gli atomi di ossigeno per formare acqua. Mentre il pianeta ha letteralmente oceani di idrogeno e ossigeno, richiede più energia per separare quelle molecole di quanta ne possiamo recuperare attraverso una cella a combustibile. 

Tuttavia, i cambiamenti delle politiche globali, i progressi nella tecnologia delle celle a combustibile e le normative sulle emissioni più severe hanno contribuito al crescente interesse per i veicoli elettrici alimentati a idrogeno. Secondo l'Hydrogen Council, solo negli ultimi due anni sono stati finanziati più di 500 miliardi di dollari in nuovi progetti sull'idrogeno.

Il sistema di celle a combustibile di BMW

L'idrogeno gassoso necessario per alimentare la cella a combustibile BMW è immagazzinato in due serbatoi da 700 bar realizzati in plastica rinforzata con fibra di carbonio (CFRP). Insieme, contengono sei chilogrammi di idrogeno, dando alla BMW iX5 Hydrogen un'autonomia di 313 miglia, come misurato nel ciclo WLTP. Il rifornimento dei serbatoi di idrogeno richiede solo da tre a quattro minuti utilizzando gli attuali sistemi di rifornimento di idrogeno, disponibili nel sud della California. 

Durante il funzionamento, l'idrogeno è già compresso nei serbatoi, mentre la componente dell'aria viene compressa dal compressore a celle a combustibile modulare Garrett di nuova generazione per veicoli elettrici a celle a combustibile a idrogeno.

“Negli ultimi quattro anni, abbiamo lavorato a stretto contatto con il BMW Group per sviluppare un compressore avanzato per celle a combustibile a idrogeno su misura per le loro esatte esigenze. Questo sforzo culminerà in un'approfondita prova su strada entro la fine dell'anno", ha dichiarato Craig Balis, Vice President e Chief Technology Officer di Garrett.

In un veicolo a celle a combustibile, la quantità di elettricità generata si basa sul fabbisogno momento per momento. Puoi considerarlo paragonabile alla benzina a questo proposito. Quando si preme il pedale dell'acceleratore, il sistema richiede più elettricità e le celle a combustibile rispondono. Il compressore d'aria elettrico ad alte prestazioni di Garrett fornisce il flusso d'aria variabile necessario per ottimizzare la densità di potenza e l'uscita del sistema a celle a combustibile momento per momento. 

In particolare per questa applicazione, un nuovo espansore a turbina, progettato per recuperare l'energia di scarto dall'uscita dello stack di celle a combustibile, consente una riduzione fino al 20% del consumo di elettricità per la compressione dell'aria, rispetto ai tradizionali compressori a celle a combustibile. I compressori a celle a combustibile elettriche modulari e ad alte prestazioni di Garrett si basano sull'esperienza dell'azienda nel settore della turboaerodinamica e funzionano a velocità superiori a quelle standard del settore, oltre i 150,000 giri/min.

“Garrett è un pioniere nella tecnologia dei compressori per celle a combustibile elettriche a idrogeno con anni di comprovata esperienza nella produzione ed esperienza su strada. La prossima generazione si basa su un retaggio di progettazione e ingegneria rivoluzionaria, tra cui il nostro motore elettrico ad alta velocità, l'elettronica di potenza e i controlli avanzati", ha affermato Balis.

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• Fonte: https://www.thedetroitbureau.com/2023/06/bmw-fields-pilot-fleet-of-hydrogen-fuel-cell-vehicles/