Una strategia per l idrogeno, dalla produzione all impiego

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1 Una strategia per l idrogeno, dalla produzione all impiego Franco Donatini Enel - Ricerca Torino 7 Luglio 2006

2 Alcune domande Perché l idrogeno? H H H H Come e dove utilizzarlo? Come produrlo? H H C H H H H C H H H H O Quali benefici ambientali? Fonti fossili Fonti rinnovabili 1

3 2 Perchè l idrogeno?

4 Perché l idrogeno Nel breve termine Ridurre drasticamente l impatto ambientale dell autotrazione e dei processi distribuiti di conversione energetica Nel medio termine Rimuovere la CO 2 durante il processo di produzione dell idrogeno e stoccarla in depositi permanenti Possibilità di sfruttare l energia elettrica prodotta nelle ore di bassa richiesta per produrre idrogeno con processi di elettrolisi da alta efficienza 3 Nel lungo termine Ridurre la dipendenza energetica dai combustibili fossili, specie dal petrolio, in modo compatibile con l ambiente Possibilità di stoccaggio energetico, indispensabile alla penetrazione delle fonti rinnovabili

5 Come andare verso l idrogeno Le sfide gli impegni internazionali UE Rendere cost-effective le tecnologie di produzione, stoccaggio, distribuzione ed utilizzo USA 2,8 mld Euro European Hydrogen and Fuel Cell Technology Platform 1,2 mld $ in 5 anni FutureGen Introdurre veicoli e sistemi di generazione nel mercato commerciale entro il 2020 Giappone veicoli a idrogeno e MWe a idrogeno entro il 2010 WE-Net program; Japan Hydrogen & FC Demostration Project/METI 4

6 5 Come produrre l idrogeno?

7 La strategia Enel Produzione Dal carbone Sviluppo di impianti di gassificazione integrati con centrali termoelettriche a carbone, sfruttando le sinergie impiantistiche e di processo Da fonti rinnovabili Sviluppo di sistemi di elettrolisi ad alta efficienza e di tecniche innovative di stoccaggio, per sfruttare l elettricità prodotta nelle a bassa richiesta energetica in centrali idro ad acqua fluente ed in prospettiva da altre fonti Integrazione e poligenerazione sono le parole chiave per una produzione di idrogeno efficiente ed economica!!! 6

8 Produzione dal carbone Gassificazione del carbone con ossigeno e CO-shift per la conversione del syngas in idrogeno - Elevata efficienza di produzione dell idrogeno: ~ 60% - Separazione totale dell anidride carbonica - Elevata complessità impiantistica ed alti costi Pirolisi del carbone e reforming del syngas per la conversione in idrogeno - Limitata complessità e costi di installazione ridotti - Bassa efficienza di produzione, circa 20% in idrogeno - Significativi recuperi energetici nella integrazione con le centrali 7

9 Gassificazione del carbone con ossigeno l evoluzione di una tecnologia consolidata Vapore Vapore Gassificatore Carbone Pulizia Gas CO Shift CO 2 + H 2 Separazione O 2 Aria Produzione Ossigeno N 2 CO 2 H 2 8

10 La pirolisi del carbone una nuova tecnologia per l idrogeno Carbone/Rifiuti Cond / Scrubber TAR Sep H2 Pirolizzatore Inerte + Char Inerte Combustore Reformer Shifter CO2 Aria Cenere Acqua Vapore alla centrale Vapore Fumi 9

11 La pirolisi del carbone Rendimenti del processo 1,0 0,9 0,8 Rendimento 0,7 0,6 0,5 0,4 Carboni sub-bituminosi Carboni prevalenti Ligniti Ligniti Biomass e Rifiuti Biomasse Rifiuti 0,3 0,2 0,1 Antraciti Antraciti Rendim. (Idrogeno) Rendim. totale 0,0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Frazione di Volatili 10

12 Idrogeno da fonti rinnovabili Obiettivo Sviluppare processi di elettrolisi ad alta efficienza che rendano economica la produzione di idrogeno, sia come combustibile, sia come sistema di accumulo dell energia Linee di azione Utilizzo di materiali innovativi Utilizzo di processi ad alta pressione Uso di membrane ad alta temperatura Ottimizzazione dell integrazione di processo 11

13 Integrazione della produzione di idrogeno con le centrali Gassificazione Carbone Syngas Ciclo Elettricità Gassificazione combinato Shift Idrogeno Shift CO 2 Idrogeno 12 Integrazione con cicli combinati Possibilità di modulare la produzione di idrogeno a seconda dei bisogni CO 2

14 Integrazione della produzione di idrogeno con le centrali Pirolisi Fumi Char, vapore Carbone Centrale a vapore Elettricità Carbone Pirolisi Syngas Reforming Shift Idrogeno Integrazione con centrali a vapore CO 2 Gli interscambi di vapore e la combustione del char residuo nell impianto termoelettrico consentono notevoli economie di processo 13

15 Integrazione della produzione di idrogeno con le centrali Elettrolizzatore Stoccaggio Pile a combustibile Stoccaggio H2 nelle ore di bassa richiesta elettrica Produzione elettricità per la copertura dei picchi Accumulo energia naturale altrimenti non utilizzabile Possibilità di fornitura di idrogeno come combustibile 14

16 15 Come e dove utilizzarlo?

17 Generazione di elettricità (Cella SOFC pressurizzata) C Metano Fumi 146 kwt 250 kwe catodo anodo SOFC C T Aria 50 kwe 16

18 Generazione di elettricità (Ciclo avanzato a Idrogeno Venezia) Sviluppo di combustori in grado di bruciare idrogeno in aria a emissioni ridotte di ossidi di azoto Incremento dell efficienza di conversione dell idrogeno Sfruttamento efficiente del calore eventualmente cogenerato Aria Idrogeno CC CO GT GE Vapore C Acqua 90 C 40 C Potenza elettrica 16 MWe Fumi 50 C Potenza termica 23 MWt 17

19 18 Quali benefici ambientali?

20 Capture & Storage 19

21 La via dell idrogeno Carbone H 2 Carbone CO 2, H 2 O 2 N 2 Aria O 2 CO 2 al sequestro 20

22 La sequestrazione 21 Stromberg 2001

23 Una opportunità per la CO2 Anidride carbonica come green feedstock l industria chimica Punti chiave Utlizzazione chimica per produrre composti organici Conversione chimica in combustibili liquidi puliti per il settore dei trasporti Fissazione chimica o mineralizzazione in composti di potenziale impiego nelle costruzioni 22

24 23 Concludendo

25 L idrogeno da fossile Le fonti fossili possono essere decarbonizzate e quindi valorizzate attraverso l idrogeno: il vantaggio della decarbonizzazione è significativo per il carbone; nel caso del metano l energia deriva già per oltre il 50% dall idrogeno contenuto Il carbone é una fonte disponibile ed affidabile per avviare il percorso tecnologico e politico verso l economia dell idrogeno Il carbone ha maggiore disponibilità e minor rischio geopolitico degli altri idrocarburi e non solo I processi di conversione dei combustibili fossili possono estendersi ad altre fonti quali ad esempio le biomasse, rifiuti, residui industriali ecc. La produzione dell idrogeno dall energia elettrica può consentire contemporaneamente lo sfruttamento a questo fine delle fonti rinnovabili e l accumulo elettrico per il servizio di punta 24

26 Lo scenario di lungo termine 25

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