Techno-economic feasibility study of a photovoltaic-powered green hydrogen production plant for Sonatrach Augusta Refinery, considering energy storage and grid carbon footprint dynamics under renewable penetration scenarios

Il lavoro sviluppato e descritto in questa tesi consiste in uno studio di fattibilità tecnico-economica di un impianto di produzione di idrogeno verde presso la Raffineria Sonatrach di Augusta. La decarbonizzazione dei settori hard-to-abate, come le raffinerie, è fondamentale per sostenere la transizione verso un futuro sostenibile, in particolare nel settore dei trasporti. L’analisi fa riferimento a quanto stabilito nell’ultima versione della Direttiva sulle Energie Rinnovabili (RED), la Direttiva (UE) 2023/2413 del Parlamento Europeo e del Consiglio. Tale direttiva rafforza gli obiettivi dell’Unione in materia di energia rinnovabile, fissando un obiettivo vincolante collettivo di almeno il 42,5% di energia rinnovabile entro il 2030. Inoltre, vengono descritti obiettivi specifici per il settore dei trasporti. In particolare, è stabilita una percentuale minima di RFNBO (Renewable Fuels of Non-Biological Origin) pari all’1% nel consumo energetico dei trasporti. Tali combustibili contribuiscono anche al sotto-obiettivo fissato per RFNBO e biocarburanti avanzati (5,5%) e all’obiettivo complessivo per i trasporti (29% di energia rinnovabile nei trasporti o una riduzione del 14,5% dell’intensità delle emissioni dei carburanti per il trasporto entro il 2030). Gli RFNBO sono considerati di fatto tali solo se raggiungono almeno il 70% di riduzione delle emissioni di gas a effetto serra (GHG), come stabilito negli atti delegati della RED. L’idrogeno verde, RFNBO oggetto dello studio, rientra in tale categoria. Si analizzano quindi diverse opzioni di progettazione di un elettrolizzatore alimentato da un impianto fotovoltaico e supportato da un sistema di accumulo elettrico. L'obiettivo è generare idrogeno rinnovabile da utilizzare come prodotto intermedio per la produzione di combustibili convenzionali e biocarburanti presso la Raffineria Sonatrach di Augusta. Viene inoltre esaminato lo stato attuale e lo sviluppo potenziale della zona di offerta Sicilia in termini di intensità carbonica dell’elettricità prodotta e della quota di energia rinnovabile in essa contenuta. Ciò influenza direttamente la qualificazione dell’idrogeno come rinnovabile. Per garantire la conformità alle normative europee, lo studio approfondisce le condizioni specifiche in base alle quali l’elettricità consumata dagli elettrolizzatori può essere classificata come rinnovabile, considerando la soglia di emissioni di GHG pari a 3,38 kgCO₂,eq/kgH₂ e la distinzione tra idrogeno rinnovabile o verde, nonché RFNBO, e idrogeno low carbon. Dal 1° gennaio 2030 la normativa richiede una correlazione temporale oraria tra la generazione di elettricità rinnovabile e la produzione di idrogeno. Pertanto, l’analisi si concentra sull’implementazione di tale requisito nella progettazione del sistema. L’obiettivo finale del lavoro è calcolare il LCOH per gli scenari sviluppati e confrontarlo con il costo livellato dell’idrogeno prodotto mediante reazione di reforming con vapore. Inoltre, vengono valutati i risultati del Discounted Cash Flow associati al progetto, al fine di stimare la fattibilità economica complessiva della produzione di idrogeno verde presso la raffineria.