Produzione di Idrogeno verde: Test Sperimentali e Analisi Tecno-Economica = Green Hydrogen Production: Experimental Tests and Techno-Economic Analysis

Il lavoro di tesi è stato incentrato sul progetto europeo BioROBURplus che mira a sviluppare, costruire e testare un intero fuel processor pre-commerciale decentralizzato per la produzione di idrogeno “verde” a partire da biogas. Il processo ha lo scopo di produrre 50 Nm3/h di idrogeno al 99.9% di purezza mediante un processo “Direct Biogas Oxidative Steam Reforming”. La prima parte della tesi si è focalizzata sulla messa in marcia dell’impianto, sui primi test di validazione e sulla verifica del corretto funzionamento per del raggiungimento degli obbiettivi di progetto. Sono stati effettuati test meccanici su tubazioni e apparecchiature per assicurarsi l’assenza di perdite, si è verificata la corretta funzionalità del sistema di controllo e si sono testate le linee delle correnti di servizio. Al termine dei test meccanici e dei lavori di coibentazione si è proceduto con lo Start-up e con l’analisi dei risultati ottenuti nella prima campagna di test. Sono stati riscontrati problemi dovuti alla lenta inerzia termica del processo, dai risultati si evince che le temperature sono minori rispetto a quelle di progetto e che questa discrepanza tra le temperature teoriche e quelle ottenute è causata dalla breve durata dei test effettuati. Si è valutato un modello per effettuare test futuri in condizioni prossime a quelle di progetto tenendo conto di tutte le problematiche presenti legate alle basse temperature, all’instabilità del bruciatore e alle portate inviate al reattore. Nella seconda parte della tesi è stata sviluppata un’analisi tecno-economica utilizzando come riferimento il processo applicato in BioROBURplus, si considera un tempo annuo di lavoro di 8000 h e i costi distribuiti su un tempo di ammortamento di 10 anni. L’obbiettivo consiste nel valutare il costo di produzione dell’H2 tenendo in considerazione CAPEX e OPEX dell’impianto per paragonarlo con quello dettato dai target EU di 3.4-5.6 €/Kg di H2 e con quello dell’idrogeno grigio oggi prodotto. È stato valutato il costo dell’H2 prodotto a partire da diversi tipi di biogas, analizzando le diverse biomasse utilizzabili, la loro disponibilità e la qualità della materia prima. Si è dimostrato che le biomasse migliori per raggiungere un costo dell’H2 vicino al target sono i reflui zootecnici, i sottoprodotti agroindustriali e i FORSU, rispettivamente di 5.65 - 6.01 - 6.16 €/Kg di H2 per il prototipo sviluppato nel progetto. Sebbene i costi di processo siano soggetti ad un alto grado di incertezza causato dal limite di maturità del processo si è effettuata un’analisi di sensitività economica per valutare la variazione del costo di produzione dell’idrogeno in funzione di alcuni parametri come la dimensione dell’impianto e il tempo di ammortamento. Dai risultati ottenuti si osserva che con l’aumentare della taglia dell’impianto il costo dell’idrogeno diminuisce e aumentando i tempi di ammortamento l’impianto diventa più conveniente, sebbene l’OPEX aumenta negli anni il CAPEX non varia e si distribuisce sull’intera vita dell’impianto. Si è posta attenzione sugli incentivi stanziabili dal Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza e sui campi di applicazione più redditizi in cui investire. L’obbiettivo è di promuovere la produzione e l’utilizzo di idrogeno nei settori hard-to-abate, incentivare la produzione locale creando le “Hydrogen Valleys” nelle aree industriali, installare stazioni di ricarica per il trasporto e di utilizzare l’idrogeno nella rete ferroviaria.