Il progetto

Nell’ambito della prima fase del progetto “Stato dell’arte e studio delle condizioni di partenza” (WP1), sono stati analizzati i sistemi di riscaldamento a idrogeno: sistemi progettati per il funzionamento in ambiente idrogeno e sistemi adattati a partire da quelli progettati per combustibili fossili tradizionali. Considerando l’interesse industriale e le potenziali criticità, tra gli impianti per uso domestico e residenziale, è stato selezionato il dispositivo caldaia. Sono stati valutati differenti componenti che durante il processo di combustione potrebbero risentire delle condizioni di esercizio quali ad esempio il bruciatore, scambiatori di calore, tubazioni, valvole e membrane di separazione. Il bruciatore sicuramente è uno dei componenti maggiormente soggetto a condizioni critiche e dunque componente di interesse per uno studio approfondito. Sono stati analizzati i materiali e le tecnologie di produzione attualmente impiegati per la realizzazione dei bruciatori utilizzati con metano e analizzati componenti che hanno esercito con blend di idrogeno. Come si evince da studi sperimentali, l’introduzione dell’idrogeno in miscela con metano (blend) o di idrogeno puro comporta una variazione delle caratteristiche di fiamma e delle performance della combustione, generando in primis, un aumento dei rischi di fenomeni di flashback. Ciò impone un cambio dei rapporti di combustione che portano a condizioni operative più severe (temperatura, gradienti termici, stress meccanici e/o termici) rispetto a quelle con il metano. Dell’analisi di letteratura, tali condizioni di esercizio portano ad aumentare la possibilità dell’innescarsi di eventuali fenomeni degradativi del materiale. Fenomeni quali infragilimento da idrogeno, stress corrosion cracking in presenza di sulfuri, fatica termomeccanica potrebbero infatti indurre la rottura prematura del componente. In questa fase di analisi e valutazione dei possibili effetti derivanti dall’impiego di idrogeno nei sistemi di riscaldamento, è stata coinvolta l’azienda Immergas al fine di acquisire componenti da analizzare e informazioni sulle esperienze fino ad oggi acquisite da quest’ultima. Sono state eseguite analisi di laboratorio per la valutazione delle problematiche riscontrate in due bruciatori caratterizzati da diversa geometria ma eserciti, entrambi, con miscela combustibile metano/idrogeno. La caratterizzazione del bruciatore piano e del bruciatore circolare ha previsto analisi chimiche del materiale, analisi ottiche del componente e analisi morfologiche/microstrutturali mediante microscopia ottica a scansione. I risultati hanno mostrato come il bruciatore piano, probabilmente a causa delle più gravose condizioni operative, sia caratterizzato da fenomeni degradativi che hanno indotto la rottura prematura del componente. La combinazione sinergica tra stress corrosion cracking in presenza di sulfuri e fatica termomeccanica è stata identificata come causa scatenante del degrado del materiale e conseguente failure del componente. Nell’ambito della seconda fase “Individuazione, selezione e caratterizzazione di materiali/rivestimenti e soluzioni tecnologiche alternative” (WP2), note le performance dei materiali attualmente impiegati per la realizzazione dei bruciatori e le potenziali criticità individuate e riscontrate sperimentalmente è stato dato avvio alle attività che prevedono l’individuazione, la selezione e la caratterizzazione di possibili materiali/rivestimenti alternativi. Per l’individuazione e la valutazione di soluzioni migliorative si attingono informazioni da letteratura scientifica, esperienza dei partner coinvolti nel progetto e si utilizzano strumenti scientifici dedicati alla ricerca che aiutano a relazionare proprietà di materiali vs condizioni di esercizio. E’ in fase di avvio anche l’analisi del design dei componenti, che prevederà una ottimizzazione delle geometrie mediante l’utilizzo di simulazione FEM/CFD (WP3).