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

La transizione energetica dai combustibili fossili alle energie rinnovabili è un processo inevitabile e ormai irreversibile. La crisi energetica e il conseguente adeguamento della struttura energetica globale hanno promosso lo sviluppo delle energie rinnovabili, in particolare dell'energia solare. Quest’ultima ha ricevuto molta più attenzione per via delle sue caratteristiche illimitate ed ecologiche: il Sole continuerà a brillare per miliardi di anni ed è per questo che l’energia solare, oltre ad essere abbondante e ben distribuita, risulta anche inesauribile nella nostra scala di tempo. Come conseguenza del graduale esaurimento dei combustibili fossili sono stati sviluppati e perfezionati processi di dissociazione combinata di CO2 e H2O, per la produzione di gas sintetico (syngas), basati sullo sfruttamento del calore di origine solare e dell’ossido di cerio non stechiometrico. Proprio quest’ultimo si è affermato come materiale redox di riferimento per la realizzazione di cicli termochimici a due fasi e la conseguente generazione di combustibili sostenibili. L’idrogeno gassoso molecolare è infatti un combustibile pulito e dal più alto contenuto energetico per unità di massa rispetto a tutti gli altri combustibili [1], ma non è una risorsa primaria, a differenza dei combustibili fossili, estratti da giacimenti naturali: ciò significa che per generare idrogeno dall’acqua per via elettrochimica o termochimica sarà necessario spendere energia. Le fonti energetiche impiegate per produrre syngas rivestono un ruolo fondamentale: utilizzare come combustibile un gas sintetico derivante da metano ed altre sostanze contenenti carbonio non offre alcun vantaggio in termini di impatto ambientale, in quanto il processo comporterebbe la generazione della stessa quantità di CO2 prodotta bruciando direttamente la miscela di idrocarburi. La prospettiva cambia completamente se viene impiegata una fonte di energia abbondante, rinnovabile e non inquinante come quella solare. La presente tesi di laurea è stata realizzata in collaborazione con l’Energy Center Lab di Torino. Lo studio riguarda la possibilità di realizzazione di processi termochimici mediante un impianto solare termico a concentrazione, con l’obiettivo, in particolare, di analizzare il comportamento ed i principali parametri del sistema al fine di comprenderne l’effettiva efficacia e fattibilità. Con il presente lavoro si focalizza l’attenzione ai 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. L’idea complessiva è quella di fornire un utile modello previsionale che consenta di effettuare una stima realistica della producibilità del sistema per i diversi periodi dell’anno. Una simile soluzione appare ragionevole visto il perenne ripetersi delle stagioni che, a meno di repentine e imprevedibili variazioni di temperatura dovute ai cambiamenti climatici, manifestano puntualmente e ciclicamente gli stessi andamenti di radiazione globale e temperatura, massime e minime, a seconda della località considerata. Una previsione teorica dei parametri di processo più rilevanti ha lo scopo di semplificare e agevolare lo sviluppo futuro di una tecnologia produttiva alternativa e promettente come quella proposta, in attesa di essere realizzata su larga scala.