Realizzazione di processi di chemical looping e produzione di gas sintetico mediante solare termico a concentrazione = Chemical looping processes and production of synthetic gas through concentrated solar thermal plant

Per permettere quella transizione verso una low carbon economy sono stati sviluppati e perfezionati processi di dissociazione combinata di CO2 e H2O, per la produzione di gas sintetico, basati sullo sfruttamento del calore di origine solare e di ossidi metallici. Un problema importante nella progettazione di tali sistemi sono le elevate temperature, la resistenza dei materiali e la separazione dei flussi gassosi. Altrettanto importante è la fonte solare, che non risulta essere costante durante i diversi mesi dell’anno e soprattutto durante l’arco della giornata. Il seguente lavoro di tesi si pone l’obiettivo di studiare ed analizzare un concentratore solare parabolico a disco per la produzione di syngas. Inizialmente verranno introdotti i concetti teorici principali riguardanti la radiazione solare e le tecnologie di concentrazione solare, i cicli termochimici ed i materiali redox di interesse. Tra questi, l’ossido di Cerio si è affermato come materiale redox di riferimento per la realizzazione di cicli termochimici a due fasi e la conseguente generazione di combustibili sostenibili (CO e H2). Nella seconda parte analizzeremo il comportamento di un sistema reale: in collaborazione con l’Energy Center Lab di Torino verrà realizzato un accoppiamento diretto tra un impianto CSP e un ricevitore ceramico, con l’obiettivo, in particolare, di analizzare il comportamento ed i principali parametri del sistema al fine di comprenderne l’effettiva efficacia e fattibilità. Si focalizza l’attenzione sui dispositivi solari necessari a fornire il calore ad alta temperatura per il processo sopra menzionato, e alle attuali tecnologie di conversione dell’energia solare in combustibili di alta qualità. Fondamentale ai fini dell’ottimizzazione e della comprensione del funzionamento del sistema reale è il modello di simulazione implementato tramite COMSOL. Sarà possibile simulare la radiazione solare (metodo MonteCarlo) ed analizzare la distribuzione della temperatura e del flusso di potenza su un ricevitore. Nel laboratorio di energetica del Politecnico di Torino, servendoci della TGA sarà inoltre analizzato il rendimento del ciclo termochimico di ossidoriduzione e valutata la quantità di combustibile prodotta. Questo lavoro di tesi costituisce un buon punto di partenza per l’analisi di un sistema a concentrazione per la produzione di syngas ponendosi il fine di minimizzare i costi, massimizzare le prestazioni ed eventualmente permettere la diffusione di tale tecnologia su larga scala.