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Sustainable Manufacturing

Carburante per il futuro: cosa tenere in considerazione nella produzione di celle a combustione

Pubblicato il 2022-03-10 12:00:00 UTC a Sustainable Manufacturing

Le aziende ACES hanno bisogno di tecnologie e strategie di produzione intelligenti per sfruttare il potenziale dell'idrogeno.

Quando si parla di mobilità sostenibile, la prima cosa che viene in mente è l'e-car a batterie. Le celle a combustione o i bruciatori a idrogeno sono tecnologie complementari che spesso passano in secondo piano, eppure hanno molto da offrire in termini di riduzione delle emissioni di CO₂ e opzioni di mercato.
Il settore automobilistico tedesco ed europeo la pensa in modo simile: in un recente studio di Expleo, l'80% dei produttori di autoveicoli intervistati ha dichiarato di considerare i veicoli alimentati a idrogeno più ecologici e più puliti delle auto elettriche. Il 64% ritiene che le prime auto a idrogeno pronte per la produzione in serie faranno il loro ingresso sul mercato entro i prossimi due anni.
Ciò di cui si ha bisogno, tuttavia, è uno spirito più innovativo da parte di produttori e fornitori, il supporto della politica e investimenti in infrastrutture energetiche migliori. È fondamentale sottolineare anche un altro aspetto: le aziende che operano nel settore ACES (acronimo per Autonomous driving, Connectivity, Electrification, and Shared mobility) necessitano di impianti di produzione efficienti e a prova di futuro. La parola chiave è Smart Factory: le linee di produzione devono essere automatizzate e digitalizzate, i processi manuali devono essere eliminati e le innovazioni devono essere orientate al futuro.

Produzione di idrogeno realmente sostenibile solo con energia rinnovabile

La produzione moderna e automatizzata di batterie e celle a combustione, supportata da robotica, tecnologia dei sensori e intelligenza artificiale, è il cuore delle strategie sostenibili. La batteria è l'elemento centrale dei veicoli elettrici sia a idrogeno sia "classici", anche se notevolmente più ridotta e costruita in modo diverso. Oltre a e-drive e idrogeno, anche i carburanti elettronici e sintetici devono essere menzionati nell'insieme delle tipologie di guida sostenibile. Per poter utilizzare l'idrogeno in modo realmente sostenibile, tuttavia, il carburante H₂ deve essere prodotto con elettricità proveniente da fonti rinnovabili (elettrolisi), il che non è ancora del tutto fattibile su larga scala.

Alcune grandi aziende automobilistiche sono troppo caute riguardo all'idrogeno

A differenza delle celle a batteria, le celle a combustione non dipendono da materie prime quali litio o cobalto, bensì principalmente dal ferro. Un altro vantaggio è che l'idrogeno, come sostanza molecolare, può essere facilmente conservato, trasportato e reso disponibile per le diverse applicazioni. L'alimentazione a idrogeno è già utilizzata in un numero sempre maggiore di veicoli commerciali, come gli autobus urbani, in particolare perché offre più spazio per l'unità motrice richiesta. L'alimentazione a idrogeno è ancora relativamente rara per le auto "normali", in parte a causa della mancanza di stazioni di rifornimento H₂, ma anche a causa dell'esitazione nella crescita di questo settore.

Aumento dell'automazione dei processi di produzione di elettrolisi e di celle a combustione

Non c'è modo di bypassare i veicoli New Energy, i cosiddetti NEV, se si vuole anche solo avvicinarsi al raggiungimento degli obiettivi climatici di Parigi. L'idrogeno può essere prodotto da energie rinnovabili senza emissioni di CO₂ e convertito in energia elettrica nelle celle a combustione. Ci sono tuttavia diverse sfide da superare nella produzione di queste celle a combustione per garantire efficienza e precisione. Ciò vale sia per la produzione dei singoli componenti sia per l'assemblaggio delle celle fino alla produzione dell'intero sistema.
L'implementazione diffusa della tecnologia dell'elettrolisi e delle celle a combustione richiede l'innovazione di prodotti e processi per ridurre i costi di produzione e guidare l'implementazione di questa tecnologia. È necessario scalare i volumi di produzione mantenendo requisiti di qualità uniformi. Si consiglia di utilizzare linee di produzione flessibili e scalabili che possono essere adattate in modo rapido e semplice ai singoli requisiti. Sono necessari approcci per ridurre i costi di produzione delle celle a combustione, poiché si tratta dell'unico modo in cui questa tecnologia sarà accettata nel lungo termine.

L'esperienza nel settore delle batterie a supporto della produzione di celle a combustione

A differenza della produzione di batterie, in cui i processi sono già stati automatizzati da molti anni e sono in una fase di continuo sviluppo, la produzione di celle a combustione è ancora quasi all'inizio. Ciò è dovuto principalmente al fatto che le tecnologie basate sull'alimentazione a idrogeno non hanno ancora l'applicazione e l'accettazione richieste da un aumento della produzione. Molti flussi di lavoro vengono quindi eseguiti in modo semi-automatico o anche manuale. Per rendere più attraenti le applicazioni dell'idrogeno, è urgentemente necessaria una maggiore automazione nella produzione. Poiché la produzione di batterie e celle a combustione è simile sotto molti aspetti, è consigliabile affidarsi a un partner che abbia familiarità con la produzione automatizzata di batterie. Oltre alla tecnologia e al know-how, integratori di sistemi e costruttori di macchine sono necessari anche per portare avanti insieme questo argomento. Un processo particolarmente critico per la produzione di batterie e celle a combustione è l'impilamento, in cui possono verificarsi errori, ad esempio perdite.

La fabbrica del futuro: processi di produzione modernizzati e tecnologia innovativa

Le basi della produzione di celle a combustione orientata al futuro per promuovere la mobilità sostenibile sono le procedure e le tecnologie della Smart Factory (produzione del futuro). Consentono di modernizzare completamente la produzione e razionalizzare le supply chain da zero in parallelo con l'espansione e la conversione in nuove tecnologie di azionamento. Robotica industriale innovativa, robot mobili e cobot, edge computing, tecnologia dei sensori, l'unione tra meccatronica e IT e realtà aumentata (AR) sono alcuni esempi di questo reparto di produzione del futuro.
Il massimo grado possibile di digitalizzazione è la chiave del successo affinché il processo di produzione possa ottimizzarsi autonomamente. Ma anche la tracciabilità è essenziale, idealmente per poter tracciare ogni singolo strato di una cella a combustione per comprendere in quali fasi la produzione non funziona in modo ottimale.
Un altro pilastro è l'intelligenza artificiale (AI), che può essere utilizzata per liberare un nuovo potenziale di efficienza da catene di produzione altamente complesse. Se utilizzata correttamente, l'intelligenza artificiale può aiutare i leader aziendali del settore automobilistico a comprendere meglio i propri processi. Le informazioni raccolte dall'intelligenza artificiale e dalle tecnologie basate su sensori portano a nuove informazioni per ottimizzare i processi all'interno e all'esterno dell'azienda. Un esempio è la manutenzione predittiva: può essere utilizzata per rilevare fenomeni di usura, peculiarità e anomalie e, di conseguenza, contrastare guasti, tempi di inattività ed errori della macchina. Particolare attenzione deve essere riservata anche ai processi intralogistici ottimali e flessibili, ovvero la parola chiave deve essere supply chain trasparente.

Conclusione: sono necessarie misure collettive

Nei prossimi anni si creerà sul mercato una combinazione di diverse tecnologie di azionamento. Ciò include le celle a combustione come importante elemento di base. Affinché le tecnologie alternative del futuro acquisiscano slancio, è ora il turno di politici, produttori e fornitori di servizi di riunirsi, ottimizzare il framework e le condizioni di produzione e promuovere la digitalizzazione e l'automazione. OMRON è in grado di fornire supporto, grazie alla sua pluriennale esperienza in questo campo.

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  • Henry Claussnitzer

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