Realizzazione di processi di chemical looping e produzione di gas sintetico mediante solare termico a concentrazione

Nell'ottica di ridurre le emissioni di gas climalteranti e nella prospettiva di un utilizzo sempre maggiore di fonti energetiche rinnovabili, l'energia solare è destinata ad occupare uno spazio sempre maggiore nel contesto energetico globale. La sua disponibilità su tutta la superficie terrestre e la sua inesauribilità la rendono la fonte più attrattiva nell'ottica di un futuro sostenibile. Data la sua intermittenza durante l'arco della giornata e la sua diversa disponibilità in base al periodo dell'anno e alla zona geografica sono richiesti sistemi di stoccaggio efficienti per rendere l'energia solare sempre più competitiva sul mercato energetico. Tra le varie tecnologie allo studio per rispondere a questa necessità si colloca anche l'accoppiamento tra tecnologie solari a concentrazione puntuale e i cicli termochimici. Tale accoppiamento permette di convertire l'energia solare in gas sintetici che potranno poi utilizzare per lo stoccaggio, il trasporto e la combustione tecnologie consolidate per lo sfruttamento dei combustibili fossili. I cicli termochimici sfruttano il calore messo a disposizione al ricevitore da un concentratore solare per effettuare la riduzione ad alta temperature di un ossido di metallo che libera ossigeno. Terminata la riduzione si passerà all'ossidazione, in questo step l'ossido di metallo ridotto reagisce con vapore e anidride carbonica in modo da acquistarne l'ossigeno tornando alla sua forma iniziale e producendo idrogeno e monossido di carbonio. Se l'utilizzo di vapore come agente ossidante genera un combustibile totalmente privo di carbonio, l'utilizzo di CO2 permette di riutilizzare un prodotto climalterante più di una volta riducendo l'impatto complessivo dell'emissione. Dopo una parte descrittiva delle varie tecnologie, questa tesi si occuperà di valutare, tramite la costruzione di un modello Comsol, se e quando durante l'anno un concentratore solare, posto sul tetto dell'Energy Center di Torino, permette al ricevitore di raggiungere temperature sufficienti per eseguire la reazione di riduzione e produrre gas sintetici tramite lo sfruttamento di cicli termochimici. Per farlo è necessario conoscere le condizioni meteo locali, messe a disposizione dal Living Lab, che essendo ripetitive durante gli anni permettono di effettuare previsioni realistiche per il futuro. In seguito verranno analizzati i dati di output di un analisi termogravimetrica effettuata presso i laboratori del Politecnico di Torino in modo da verificare la fattibilità del ciclo termochimico. L’analisi termogravimetrica è riferita ad un campione di ossido di cerio che, allo stato attuale, risulta essere il materiale più promettente in ottica futura. L'obbiettivo che il lavoro si pone è quello di verificare la fattibilità dell'accoppiamento tra il solare a concentrazione e il ciclo termochimico della ceria non stechiometrica per la produzione di gas sintetici.