Intensificazione del processo di sintesi dell’ammoniaca da idrogeno verde = Process intensification of ammonia process from green hydrogen

A causa del depauperamento delle fonti fossili e delle problematiche ad esso connesse, l’utilizzo di energia da fonti rinnovabili e nuove metodologie impiantistiche risultano di fondamentale importanza nell’industria chimica. Le fonti rinnovabili più sviluppate e diffuse sono rappresentate dall’energia solare e dall’energia eolica, ma a causa della stagionalità e dalla variabilità da cui queste dipendono è necessario immagazzinare queste energie in vettori energetici. Fra i vettori energetici, l’idrogeno rappresenta la più concreta soluzione. Attualmente, il 96% circa dell’idrogeno deriva dal reforming del metano con vapore, ma attraverso il processo di elettrolisi dell’acqua mediante energia elettrica proveniente da fonti rinnovabili, è possibile ottenere idrogeno verde. Un vantaggio dell’idrogeno è quello di poter essere un valido combustibile poiché la sua combustione è disaccoppiata dalla produzione di anidride carbonica e inquinanti. Le criticità dovute all’utilizzo dell’idrogeno sono legate alla pericolosità e ai limiti dello stoccaggio di questo. Un vettore energetico alternativo è rappresentato dall’ammoniaca le cui caratteristiche principali sono quelle di avere un alto contenuto di idrogeno facilmente riottenibile per cracking, uno stoccaggio più semplice e una sicurezza maggiore. Il processo dell’ammoniaca ha rivoluzionato il settore dell’industria chimica e, a causa delle alte richieste energetiche del processo e dall’idrogeno di natura fossile usato come reagente, rappresenta l’1,8% delle emissioni totali di anidride carbonica. L’ammoniaca è usata principalmente nell’industria dei fertilizzanti e, per i nuovi utilizzi di questa, la sua richiesta sul mercato è sempre in crescita. Lo studio e la comparazione di nuovi processi di sintesi dell’ammoniaca risultano quindi fondamentali per mitigare gli effetti dannosi dell’attività antropica. L’obiettivo di questa tesi è quello di confrontare quattro diversi processi di sintesi di ammoniaca a partire da idrogeno ottenuto mediante elettrolisi dell’acqua sia mediante elettrolizzatore alcalino (AWE), sia mediante elettrolizzatore a membrana polimerica (PEM). Verranno quindi confrontati otto processi per poter meglio comprendere le potenzialità energetiche e produttive della sintesi dell’ammoniaca. I processi a valle dell’elettrolizzatore confrontati saranno: un processo di tipo Haber-Bosch ad alta temperatura con tre reattori in serie con inter-refrigerazione; il suddetto processo a seguito di integrazione termica mediante Pinch Analysis; un processo con implementato un reattore a membrana catalitico (CMR) a temperatura di esercizio di 350 °C; e un processo con il CMR a 450 °C.