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Advantages of metal hydrides usage for hydrogen storage in stationary applications

Matteo Marinelli

Advantages of metal hydrides usage for hydrogen storage in stationary applications.

Rel. Massimo Santarelli. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Ingegneria Energetica E Nucleare, 2019

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Abstract:

Il presente lavoro è stato impostato in modo da fornire nel primo capitolo informazioni generiche sintetizzate riguardanti problemi di rilevanza globale, quali il cambiamento climatico e la transizione energetica in atto, per poi incentrarsi sulla necessità dell'accumulo di energia in un settore elettrico alimentato sempre più da fonti energetiche rinnovabili intermittenti, che rendono la rete potenzialmente instabile. Nel secondo capitolo viene spiegato come tale compito può essere adempito dall'idrogeno tramite un accumulo chimico stabile di lungo termine (o stagionale) che permetterebbe di colmare i deficit di produzione, presenti per la natura stessa delle fonti, tramite l'energia accumulata durante i periodi di surplus delle stesse che, in questo modo, non andrebbero sprecati, incrementando così l'efficienza del sistema. L’idrogeno non è una risorsa energetica primaria essendo raro in natura nelle sua forme elementale e molecolare, ma è comunque visto con interesse come potenziale combustibile e mezzo di accumulo d’energia, essendo il suo valore di densità energetica massica il più alto in natura. Le tecnologie basate sull’idrogeno sono molteplici; alcune sono cabon-free e potrebbero avere un importante ruolo per combattere i cambiamenti climatici. Attualmente il sistema di accumulo d'idrogeno più utilizzato è sicuramente quello di gas compresso a pressioni elevate, dai 200 ai 700 bar, il quale causa notevoli problemi di sicurezza, costi ed ingombri (nonostante i precedenti valori). In seguito ai primi due capitoli introduttivi, viene descritta un'alternativa molto promettente: gli idruri metallici. Questi materiali sono interessanti per la loro densità volumetrica d'idrogeno, superiore anche alla densità dell'idrogeno liquido, le basse temperature e pressioni d'esercizio e l'intrinseca sicurezza degli stessi materiali, i quali rilasciano idrogeno solo in seguito ad un assorbimento di calore in particolari condizioni termo-fisiche. Migliaia di leghe differenti sono state testate dagli anni ’70, ma questa tecnologia è stata sempre scartata sia per l’assenza di una vera e propria necessità di eliminare le fonti fossili convenzionali ai fini energetici in passato, sia per l’elevato peso delle strutture adibite all’accumulo causato da valori troppo bassi di densità gravimetrica per applicazioni automobilistiche (problema trascurato nelle applicazioni stazionarie). La descrizione di suddetti materiali viene affrontata in maniera ordinata e completa: prima di tutto, vengono spiegate nel dettaglio termodinamica cinetica caratterizzanti; poi viene proposta una classificazione delle leghe in considerazione e spiegati i possibili metodi di sintesi, layout del reattore, adeguamenti in impianti per la produzione di idrogeno gassoso da fonti rinnovabili e rispettiva re-elettrificazione. Il lavoro termina con un possibile adattamento ad un impianto in fase di costruzione su un'isola della regione Sicilia (Ginostra) con relative analisi preliminari tecnica ed economica . Questa fase finale del lavoro viene portata avanti e confrontata costantemente con la soluzione odierna (gas compresso) così da evidenziare tutti gli eventuali vantaggi e svantaggi. Dal punto di vista economico, ci saranno maggiori svantaggi data la bassa commercializzazione odierna della tecnologia e quindi la sua scarsa maturità, per cui viene infine tracciata un'ipotetica learning curve, che considera una possibile futura penetrazione nel mercato.

Relators: Massimo Santarelli
Academic year: 2019/20
Publication type: Electronic
Number of Pages: 110
Subjects:
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Ingegneria Energetica E Nucleare
Classe di laurea: New organization > Master science > LM-30 - ENERGY AND NUCLEAR ENGINEERING
Aziende collaboratrici: UNSPECIFIED
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/12983
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