Production of hydrogen from biogas: study, analysis of performance and production costs compared to traditional and innovative methods

L' interesse nel trovare strategie per la decarbonizzazione dei processi industriali e dei settori economici nei quali la riduzione di emissioni di carbonio risulta più difficile ha fatto si che negli ultimi anni, in Europa e nel mondo, l' interesse verso l' idrogeno sia cresciuto rapidamente. L' idrogeno può essere utilizzato come materia prima, combustibile, vettore o accumulatore di energia e quando impiegato non emette CO2. Tali caratteristiche fanno sì che l' idrogeno può rappresentare un alternativa nel settore dei trasporti e anche nella rete del gas naturale. La tecnologia, ad oggi, maggiormente utilizzata per la produzione dell' idrogeno è rappresentata dal reforming con vapore del gas naturale (SMR), dunque idrogeno prodotto nella sua forma "grigia" in quanto tale tecnologia comporta emissioni di anidride carbonica. Per tale motivo, gli studi convergono verso metodi di produzione che abbiano un origine del tutto rinnovabile oppure che possano sfruttare procedimenti alimentati da energia prodotta da fonti rinnovabili, producendo il cosiddetto idrogeno "verde". [1] Ed è proprio in questo contesto che questo studio può essere inserito, in quanto viene analizzato il processo di produzione dell' idrogeno a partire da biogas, prodotto mediante digestione anerobica, attraverso reforminig. Il biogas preso in considerazione deriva dall' impianto di trattamento delle acque reflue (WWTP) situato nella città di Collegno (TO) dal quale sono stati reperiti i dati di produzione annuale e da questi è stata calcolata la portata media di biogas prodotta in un anno di funzionamento. Tale portata, pari a 59,05 kg/h, alimenta la centrale di BSR che è stata analizzata attraverso l' utilizzo del software Aspen Plus. Il progetto base prevede una temperatura di reforming pari a 900 °C e permette di produrre 8 kg/h di idrogeno, l' impianto è stato ipotizzato funzionante tutto l' anno permettendo la produzione di 70080 kg di H2/y. A seguito di ciò è stata condotta una sensitivity analysis su diverse temperature di reforming pari a 850 °C, 800°C, 750°C, 700°C. I risultati più importanti quali energia spesa per produrre 1 kg di H2, energy yield del processo ed energia consumata dall' impianto sono stati confrontati. L' analisi successiva è stata quella di condurre una pinch analysis sui vari processi per mezzo del software Aspen Energy Analyzer V10 calcolando il calore minimo da fornire all’ impianto ed il calore recuperabile dal processo. Una rete si scambiatori di calore è stata poi proposta per ogni procedimento. Infine è stata effettuata l'analisi economica del processo con la valutazione del levelized cost of hydrogen (LCOH) e questo è stato poi confrontato con i prezzi derivanti da processi che sfruttano l’ elettrolisi.