La ricerca di Enel sull idrogeno

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1 LE CELLE A COMBUSTIBILE E L IDROGENO IN ITALIA STATO DELL ARTE E SVILUPPI FUTURI Centro Congressi Roma Eventi Fontana di Trevi 13 Dicembre 2011 La ricerca di Enel sull idrogeno Veronica Malvaldi Enel Ingegneria ed Innovazione S.p.A.

2 Agenda Introduzione L idrogeno per la CCS L idrogeno per lo stoccaggio energetico L idrogeno per la generazione distribuita Il Diamante

3 La Ricerca in Enel Sedi e Laboratori Area Sperimentale di Livorno Pisa Livorno Sesta Marghera Brindisi 200 ricercatori 2 centri di ricerca (PI, BR) 3 stazioni sperimentali (LI,SI,VE) 2 laboratori chimici (PI, BR) 1 Laboratorio fotovoltaico (CT) 40 brevetti, 3 marchi Catania Laboratorio Chimico di Pisa Stazione di prova turbogas di Sesta

4 La ricerca in Enel L approccio metodologico e i settori di ricerca Modellistica matematica Analisi Sviluppo Dimostrazione Applicazione Laboratori Stazioni sperimentali Prototipi Diagnostica Sperimentazione Residui Efficienza I temi di Ricerca Rinnovabili Emissioni

5 Perché l idrogeno? La rete elettrica del futuro: generazione distribuita e fonti rinnovabili Accumulo energetico Idrogeno: Plus per il medio termine Altissima densità energetica, no autoscarica ideale per usi stazionari Non vincolato alle materie prime rare su cui si basano le batterie Possibilità di sinergie tra la generazione da rinnovabili e la rete gas naturale minimizzazione investimento per la stabilità delle reti Batterie Accumulatori meccanici Accumulatori elettrici Idrogeno

6 Progetti in corso L idrogeno per la CCS L idrogeno per lo stoccaggio energetico L idrogeno per la generazione distribuita Sistema innovativo di combustione dell idrogeno Sistemi innovativi per lo stoccaggio dell idrogeno Il Diamante

7 Agenda Introduzione L idrogeno per la CCS L idrogeno per lo stoccaggio energetico L idrogeno per la generazione distribuita Il Diamante

8 L idrogeno per la CCS Soluzioni possibili Soluzioni Sistemi di cattura Compressione e stoccaggio 1 N 2, O 2, H 2 O Cattura postcombustione Combustibile Caldaia Fumi Separazione CO 2 CO 2 Aria 2 Cattura mediante combustione in ossigeno Combustibile Caldaia O 2 CO 2, (H 2 O) Ricircolo (CO 2, H 2 O) Trattamento e compressione della CO 2 Trasporto e stoccaggio 3 CO 2 Cattura precombustione Combustibile Gassificazione O 2 H 2, CO 2 Separazione CO 2 H 2 Aria TG N 2, O 2, H 2 O La separazione della CO2 produce un flusso concentrato di Idrogeno

9 L idrogeno per la CCS Combustione dell Idrogeno 3 Pre- Combustion Capture CO 2 Coal Oxygen N 2, O 2, H 2 O Gasifier H2, CO 2 Turbogas Aria CO 2 Capture CO 2 H 2 Impianto pilota a Fusina(VE) Caratteristiche principali Obiettivo: sviluppo di un turbogas alimentato completamente con idrogeno puro, con basse emissioni di NO x ; L impianto pilota è situato all interno della centrale termoelettrica di Fusina (Venezia); Potenza del ciclo combinato = 16 MWe Enel, in collaborazione con General Electric (GE),ha sviluppato il primo Turbogas totalmente alimentato a idrogeno puro, in grado di rispettare i limiti di emissione degli NOx.

10 L idrogeno per la CCS I numeri dell impianto di Fusina Polimeri Europa: L idrogeno è trasportato con due tubazioni della lunghezza di circa 4 km che collegano l area del Petrolchimico con la nuova centrale. Idrogeno Energia prodotta CO 2 evitata Costo impianto Costi R&D Ingegneria Presenza in cantiere 59 milioni Nm 3 /anno 60 GWh/anno t/anno 43,8 milioni di Euro 3,2 milioni di Euro ore 100 unità di picco Ciclo combinato a idrogeno

11 Agenda Enel Ricerca L idrogeno per la CCS L idrogeno per lo stoccaggio energetico L idrogeno per la generazione distribuita Il Diamante

12 L idrogeno per lo stoccaggio energetico Progetto MATT - Sistemi innovativi per lo stoccaggio dell idrogeno Durata 3 Anni Data inzio Costi agevolabili 3 M SOL, CESI UniGE SGS Future VETEC Porto Marghera UniPD Agevolazione 50% (MATT e Regione Veneto) Enel Partner (*) 13 Coordinatore VETEC

13 L idrogeno per lo stoccaggio energetico Sistemi innovativi per lo stoccaggio dell idrogeno Obiettivo Sviluppo di tecnologie innovative per lo stoccaggio dell idrogeno, ad alta capacità e con ridotti consumi energetici Ambiti applicativi Stoccaggio energetico full scale; Sistemi di generazione stazionaria e distribuita; Utilizzo dell idrogeno nel campo della mobilità lagunare. Sistemi di stoccaggio Idruri di magnesio (MgH2, capacità teorica del 7.6 % w/w); Idruri chimici a base di sodio boroidruro (NaBH 4, capacità teorica del 10.5 % w/w); Idrogeno compresso ( bar).

14 L idrogeno per lo stoccaggio energetico La stazione sperimentale per l accumulo dell idrogeno La stazione sperimentale si compone di due moduli attrezzati. Un modulo contiene l elettrolizzatore innovativo per la produzione di idrogeno, mentre l atro contiene i serbatoi diaccumulo a base dimgh 2 e NaBH 4 H 2 Idruri metallici/chimici La stazione sperimentale è stata realizzata all interno della CTE di Fusina, in prossima del combustore GE10 dell idrogeno Elettrolizzatore Stoccaggio H 2

15 L idrogeno per lo stoccaggio energetico Progetto Matt: Principali risultati Realizzazione di una stazione di prova per lo studio e lo sviluppo di sistemi innovativi di accumulo dell idrogeno: test sulle condizioni termodinamiche e cinetiche di idrogenazione/deidrogenazione. Sezione di produzione dell idrogeno Sezione di stoccaggio dell idrogeno Sperimentazione sullo stoccaggio di idrogeno in idruri metallici e idruri chimici: Velocità di assorbimento e desorbimento Termodinamica dei processi di assorbimento/desorbimento dell idrogeno Capacità di stoccaggio

16 L idrogeno per lo stoccaggio energetico Progetto Matt: Principali risultati Realizzazione di un prototipo per lo stoccaggio dell idrogeno in idruri di magnesio (90 g di idrogeno in 1.5 kg di polvere di magnesio) Circuito di riscaldamento del serbatoio con olio diatermico

17 L idrogeno per lo stoccaggio energetico Progetto Matt: Principali risultati Realizzazione di un reattore a letto catalitico impaccato, con rutenio in grafite estrusa, per la generazione di idrogeno da NaBH 4 (Portata di idrogeno 25 Nl/min; Temperatura operativa C)

18 L idrogeno per lo stoccaggio energetico Progetto Matt: Principali risultati Realizzazione di un elettrolizzatore alcalino innovativo in pressione (30 bar) e ridotti consumi energetici, in grado di generare 10 Nm 3 /h di idrogeno Sala di controllo dell elettrolizzatore

19 L idrogeno per lo stoccaggio energetico Progetto Matt: Principali risultati Realizzazione di un compressore innovativo per l idrogeno a ridotti consumi energetici in grado di operare ad un pressione massima compresa tra 400 e 700 bar (purezza dell idrogeno in uscita %) GRUPPO MOTORE GRUPPO TRASMISSIONE II STADIO I STADIO Cinematismo a camme con speciali membrane

20 L idrogeno per lo stoccaggio energetico Progetto HYDROSTORE Programma Industria 2015 Tema Sistemi innovativi di accumulo dell H2 Durata 3 Anni Data inzio Costi agevolabili M Agevolazione 5.02 M (41.8%) Partner (*) 13 Coordinatore ENEL IIN Ricerca (*)6imprese(3grandi,3piccolemedieimprese)e 7organismidiricerca

21 Obiettivi L idrogeno per lo stoccaggio energetico Il progetto Hydrostore: Sistemi innovativi per l accumulo dell idrogeno Realizzazione della prima filiera nazionale per la produzione industriale di idruri per lo stoccaggio di idrogeno; Validazione su scala pilota e industriale di materiali innovativi per l accumulo dell idrogeno; Sviluppo e realizzazione di prototipi funzionanti di serbatoi in scala preindustriale; Integrazione e ottimizzazione dei prototipi di serbatoi con sistemi di produzione dell idrogeno mediante elettrolisi dell acqua da fonti rinnovabili e suo utilizzo in sistemi di generazione cogenerativi. Ambiti applicativi Generazione stazionaria Mobilità acque interne Accumulo energetico residenziale

22 L idrogeno per lo stoccaggio energetico Il progetto Hydrostore: Le attività Uso: pubblico I prototipi da realizzare Serbatoio a base di idruri di Mg per applicazioni stazionarie. Capacità di accumulo 10 kg di H2 (autonomia: consumi medi di 20 famiglie x 24 h); Serbatoio a base di idruri chimici (NaBH4) per applicazioni stazionarie. Capacità di accumulo 7.5 kg di H2 in 100 litri (autonomia: consumi medi di 15 famiglie x 24 h); Sistema di accumulo a base di idruri tipo AB2/AB5 per imbarcazioni elettriche ad idrogeno. Capacità di accumulo 3 kg di H2, corrispondente ad un autonomia media superiore a 10 h su un ciclo di navigazione tipo traghetto a tratta molto breve (vaporetto in Canal Grande a Venezia).

23 L idrogeno per lo stoccaggio energetico Il progetto Hydrostore: Le attività Uso: pubblico Altri prodotti attesi Elettrolizzatore innovativo per la produzione di idrogeno in pressione (30 bar), ad elevata efficienza (65-70%) e con catalizzatori a basso costo non contenenti metalli nobili; Test di sistemi di accumulo ibridi idrogeno-batterie, connessi con sistemi di generazione da rinnovabili, presso l area sperimentale Enel di Livorno Progettazione di massima di un sistema preindustriale di accumulo dell idrogeno di grandi dimensioni a base di idruri di magnesio. Capacità di accumulo 360 kg H2 (autonomia: 1MW x 12 h).

24 L idrogeno per lo stoccaggio energetico La test facility Enel Uso: inserire classificazione Nella stazione di prova è prevista la caratterizzazione sperimentale dei vari sistemi di accumulo di idrogeno che saranno sviluppati all interno del progetto e l installazione, da parte di Enel, di componenti aggiuntivi per la realizzazione e sperimentazione dell intera filiera: Microgeneratori eolici; Pannelli fotovoltaici; Batterie innovative; Sistemi di generazione distribuita; Serbatoio innovativo di accumulo dell idrogeno.

25 Benchmark con i migliori sistemi esistenti Prossimo test nell area Caratteristiche tecniche Capacità: 4 kg di idrogeno (> 5% w/w); Stoccaggio reversibile su matrice metallica a base di MgH 2 ; Pellets di MgH2 inerti all aria; Efficienza termica>95%; Sfruttamento del calore latente di una lega metallica a base di Mg, Zn e Al per la gestione termica dei processi di carica e scarica dell idrogeno. Pellets di MgH 2 301,5 mm

26 Agenda Introduzione L idrogeno per la CCS L idrogeno per lo stoccaggio energetico L idrogeno per la generazione distribuita Il Diamante

27 L idrogeno per la generazione distribuita Il Diamante Cos è il Diamante? Il Diamante è costituito da una sfera di 8 metri di diametro sulla quale sono installati 38 pannelli fotovoltaici al silicio policristallino (altezza tot: 12 m) All interno, in tre sfere del diametro di 2 metri, sono collocati i serbatoi per l accumulo d idrogeno, mediante la tecnologia degli idruri metallici (La/Ni) Sotto il basamento sono collocati l inverter, una cella a combustibile ed un elettrolizzatore L energia elettrica prodotta è in grado di soddisfare le esigenze di un piccolo condominio ( 4 kwp) Come funziona? Assicura la fornitura di energia elettrica sia durante il giorno che in condizioni insufficienti di irraggiamento solare (anche durante la notte) grazie all utilizzo dell accumulo ad idrogeno, di un elettrolizzatore e di una cella a combustibile Il Diamante in costruzione

28 Il Diamante Parco di Villa Demidoff a Pratolino (Fi) Il Diamante coniuga soluzioni tecnologiche innovative con caratteristiche architettoniche che ne consentono l installazione anche in contesti paesaggistici naturali e di interesse storico/monumentale.

29 Grazie per l attenzione