Produzione di Idrogeno e Syngas mediante processi termochimici alimentati da radiazione solare concentrata = Hydrogen and Syngas production by means thermochemical processes powered by concentrated solar radiation

Parole chiave: Cicli termochimici Processi termochimici, Idrogeno Syngas Analisi termogravimetrica Metodi agli elementi finiti Nel presente lavoro di tesi si è approfondito il tema dei processi termochimici per la produzione di idrogeno e syngas. Il fenomeno del riscaldamento globale spinge l’umanità verso un processo di decarbonizzazione. In quest’ottica l’idrogeno è il combustibile del futuro verso cui tendere mentre il syngas è quello che potrebbe accompagnarci durante questa transizione. L’idrogeno è attualmente stoccabile con difficoltà e ciò comporta che non possa essere un combustibile immediatamente fruibile. Dal syngas, invece, possono essere prodotti dei combustibili sintetici di più facile utilizzo. Nei capitoli iniziali vengono brevemente descritti i principali metodi di produzione di idrogeno e syngas e di come questi possano essere accoppiati con l’energia solare. Quando il potere calorifero di un flusso di combustibile in ingresso viene incrementato grazie all’energia solare avviene il “solar upgrading”. Questo tipo di processo produce idrogeno o syngas rilasciando gas climalteranti. Per evitare che ciò accada il combustibile può essere prodotto mediante elettrolisi (con energia elettrica rinnovabile) e cicli termochimici. Questi ultimi sono stati oggetto di approfondimento. Perché i processi termochimici solari possano avvenire necessitano di reattori particolari che sono stati trattati in un apposito capitolo. Inoltre, per avere una visione complessiva delle tecnologie in gioco è stata descritta tutta la strumentazione necessaria per riflettere e convogliare la radiazione solare verso i reattori/ricevitori. Conclusa la parte introduttiva propedeutica alla comprensione della fisica del problema è stato modellizzato, mediante COMSOL Multiphysics®, il riflettore-ricevitore solare ubicato nell’EC-Lab del Politecnico di Torino. Lo scopo principale era quello di validare il modello ottenendo una buona corrispondenza fra temperatura misurata e simulata. L’errore relativo ottenuto, considerando l’andamento complessivo nel periodo di riferimento, è di 0.0768. Quello minimo puntuale è di 4.25 ∙ 10-3. In seguito, sono state condotte altre simulazioni, variando alcuni parametri d’interesse, per ottenere delle temperature superiori. Parte dell’esperienza sperimentale condotta ha previsto la dimostrazione mediante analisi termogravimetrica del ciclo termochimico a base di ossido di cerio. La variazione di massa del campione è risultata essere coerente con le fasi di riduzione ed ossidazione. L’efficienza termochimica media più alta è risultata essere di 0.052%.