Academic literature on the topic 'Metanazione'

- STMicroelectronics is a global leader in designing, manufacturing and delivering semiconductor solutions across the spectrum of microelectronics applications. This contribution analyses the restructuring process that affected the Agrate Brianza site, in Lombardy (Italy) between May 2005 and November 2007, as a case of local governance of global dynamics, essentially based on industrial relations without any intervention of local or public authorities. The chapter is structured in three parts: a company presentation, the analysis of the restructuring process and some considerations about the innovative practices explained by the case-study. These innovative practices allowed the Agrate site, not only to transform the restructuring announced at headquarters level as a downsizing into a vast internal reorganization, but also to increase its competitiveness.

Le emissioni di CO2 provocate dallo sfruttamento dei combustibili fossili da parte dell'uomo ha portato ad una concentrazione di questo gas serra in atmosfera tale da dover essere monitorata, se non diminuita. E' d'obbligo sfruttare le fonti energetiche in modo più sostenibile: oltre a ridurre il più possibile le emissioni di CO2 è necessario sfruttare appieno le fonti rinnovabili. Soluzione comune a questi due aspetti è il concetto di Power to Gas, o Power to Methane, il cuore del quale è la reazione di metanazione: catturando la CO2 altrimenti dispersa in atmosfera e facendola reagire in appositi catalizzatori con idrogeno ottenuto tramite idrolisi dell'acqua, utilizzando elettricità derivante da fonti rinnovabili, si ottiene metano. In questo modo si può sopperire alla fornitura di energia senza dipendere dai combustibili fossili e con emissioni nulle. In questa tesi si approfondiranno gli aspetti generali della metanazione, soprattutto sulla termodinamica, e si mostrerà quanto sia importante che il concetto di PtM si possa applicare il più possibile su vasta scala.

La crescente diffusione di impianti per la produzione di energia rinnovabile, caratterizzata da un’intrinseca imprevedibilità, e la necessità di limitare le emissioni di anidride carbonica degli impianti produttivi, hanno recentemente posto l’attenzione sulla metanazione catalitica, un processo conosciuto fin dai primi anni del ‘900. In questo elaborato ci si propone di indagare i principali parametri che influenzano la metanazione, di stabilire quali settori siano idonei all’applicabilità della tecnologia “power to methane” e di ottenere una valutazione economica che indichi quali siano le possibili leve di controllo per rendere la tecnologia competitiva. Fores Engineering, una società operante nel settore petrolifero e del gas, ha colto nel mercato un interesse crescente nei confronti del power to methane e dalla loro necessità di comprendere lo stato dell’arte della tecnologia e le possibili applicazioni, è nato quest’elaborato di tesi.

Le emissioni di CO2 in atmosfera da fonti antropogeniche sono attualmente la principale causa del surriscaldamento globale. Tecnologie sostenibili note come Power-to-gas, consentono di valorizzare la CO2, per la produzione di metano, mediante reazione con H2 proveniente dall’elettrolisi dell’acqua, utilizzando energia prodotta da fonti rinnovabili. Il metano, essendo un vettore energetico molto importante, se possiede requisiti di purezza adeguati, può essere introdotto direttamente nella rete del gas. In questo lavoro di tesi sono state investigate le prestazioni catalitiche, nella reazione di metanazione della CO2, di catalizzatori derivati da composti tipo idrotalcite a base di Ni, modificati con La, e con l’aggiunta di Mg e Zn. I catalizzatori sono stati sintetizzati per coprecipitazione a pH costante, calcinati e ridotti prima di condurre le prove catalitiche. Sono stati inoltre caratterizzati mediante tecniche XRD, H2-TPR, analisi porosimetrica e spettroscopia micro-Raman, sia da calcinati che da spenti. I risultati ottenuti dalle prove catalitiche hanno dimostrato che la presenza del La in un catalizzatore Ni/Al aumenta notevolmente l’attività in termini di conversione di CO2 e selettività in CH4, soprattutto a temperature tra 250 e 300°C. L’aggiunta dello Zn nella struttura ad ossidi misti invece ne inibisce l’attività catalitica, portando ad una diminuzione drastica della conversione e selettività. La presenza del Mg promuove una migliore attività catalitica, rispetto ai catalizzatori con solo La, ma necessita di una temperatura di riduzione più elevata.

Questo lavoro prevede la costruzione di un modello Matlab Simulink dell'elettrolizzatore a membrana polimerica e del metanatore Sabatier, che tiene in considerazione tutti i parametri di funzionamento come temperatura, pressione, tipologia di catalizzatore e dimensioni delle celle permettendo la simulazione del processo in regime dinamico o stazionario. Il modello dell'elettrolizzatore è stato validato per elettrolizzatori AEM (membrana scambio anionico) attraverso prove sperimentali presso l'impianto Fenice dell'ENEA. E' stata poi analizzata l'integrazione dei sistemi PtG al fotovoltaico di diversa potenza di picco, per valutarne la compatibilità. Si è visto che connettendo un elettrolizzatore AEM e PEM di 5.5 kW con FV di diversa potenza di picco (5 kW,7kW e 10 kW) si riesce ad accumulare nel migliore dei casi il 43 % dell'energia prodotta da fotovoltaico sotto forma di idrogeno. Se si procede a metanazione questo valore scende al 33 %. Tuttavia gli impianti lavorano ad efficienza quasi massima (58% per AEM e 65% per il PEM) anche ad un regime intermittente. In seguito è stata condotta un'analisi economica di come i sistemi PtG sono influenzati dal PUN (Prezzo Unico Nazionale) dell'energia elettrica. Si è visto di come sia molto conveniente utilizzare il PtG per produzione di idrogeno per applicazioni tecniche, con tempi di ritorno dell'investimento di pochi anni. Infine si è analizzata la convenienza economica di impianti FV che non godono più degli incentivi di Conto Energia di rivendere energia elettrica alla rete al prezzo del PUN o alimentare PtG. Ipotizzando tre prezzi di vendita per idrogeno come prodotto per applicazioni e come combustibile e metano, si è visto che nel primo caso è molto più conveniente produrre gas, mentre negli altri due casi i flussi di cassa sono equivalenti. L'immissione dell'idrogeno nella rete gas esistente permetterebbe l'accumulo di energia e studi dimostrano che non comporti rischi aggiuntivi, dimostrandone la compatibilità.

In questa tesi, svolta in collaborazione con l’ENEA di Bologna, sono state effettuate una serie di valutazioni tecniche ed economiche riguardo la tecnologia power to gas in riferimento alla produzione di metano per via biologica. E' stata svolta la simulazione di un reattore di digestione anaerobica con insufflazione di idrogeno al fine di aumentare il tenore di metano nel biogas di uscita. Il reattore biologico è stato modellato mediante Matlab utilizzando il codice di calcolo ADM1. Si è proceduto, quindi, con la valutazione economica del progetto. Al fine di ottenere biometano con un tenore di metano superiore al 95%, si è immaginato di modificare un impianto di digestione anaerobica già esistente, andando ad aggiungere due componenti principali: un elettrolizzatore, necessario alla produzione di idrogeno da inserire nel digestore, e un impianto di upgrading a membrana essenziale per ottenere il biometano in uscita con il tenore di metano desiderato. Sono stati valutati i consumi elettrici e quindi economici mediante il PUN del 2016 e i ricavi, considerando un prezzo di vendita del biometano a 0,9 €/Nmc e gli incentivi garantiti dallo stato. Infine, è stato valutato il VAN a 20 anni dell'investimento considerando diverse potenze installate dell'elettrolizzatore. Considerando la condizione che ottimizza il VAN, è stato poi valutato il tempo di ritorno economico dell'investimento. Ne risulta che attualmente il Power to gas non si propone come una tecnica di accumulo conveniente ma, lo sviluppo delle tecnologie associate e l'aumento di risorse energetiche a fonti rinnovabili, renderanno questo sistema interessante per la questione dell' accumulo energetico.

L'aumento della concentrazione della CO2 in atmosfera è considerata la principale fonte antropogenica del riscaldamento globale. Per limitare la quantità di CO2 emessa in atmosfera, sono stati sviluppati dei sistemi efficienti per la sua cattura e utilizzo per la produzione di CH4 tramite la reazione con H2 proveniente dall'idrolisi dell'acqua utilizzando il surplus di energia prodotta da fonti rinnovabili. Tale reazione permette di sintetizzare un combustibile con zero emissioni globali di gas serra. La reazione di metanazione della CO2 è una reazione fortemente esotermica che nonostante favorita termodinamicamente a bassa temperatura necessita dell’utilizzo di un catalizzatore per ottenere delle velocità di reazione e selettività accettabili. L’utilizzo di catalizzatori strutturati impiegando le schiume metalliche come supporto rappresenta una via per rimuovere il calore sviluppato dalla reazione e ottenere elevate conversioni e selettività anche con elevate velocità di flusso, pur mantenendo basse le perdite di carico. L’elettrosintesi per generazione di media basici di composti di tipo idrotalcite contenenti Nichel come fase attiva attualmente costituisce una alternativa ai metodi convenzionali utilizzati per rivestire supporti metallici. L'obiettivo di questa tesi è di preparare dei catalizzatori di tipo idrotalcite a base di Ni per la reazione di metanazione della CO2 sintetizzati per elettrosintesi su schiume di NiCrAlloy utilizzando una soluzione elettrolitica contenente i nitrati dei metalli da precipitare e, successivamente, preparare altri catalizzatori aggiungendo rispettivamente Fe, La, Y e Ce come promotori per aumentare la conversione della CO2 e selettività in CH4. Al fine di avere maggiori informazioni sulla morfologia e composizione dei rivestimenti ottenuti su tutti i catalizzatori strutturati preparati sono state eseguite delle analisi tramite SEM-EDS, dopo la sintesi, dopo la calcinazione e dopo esser stati utilizzati nelle prove catalitiche.

La tesi ha come obiettivo quello di analizzare le prestazioni di un sistema di accumulo di tipo power to gas. Affinché fosse possibile valutare le prestazioni del sistema, è stata presa come riferimento una simulazione, in ambiente Aspen, di un sistema di accumulo di tipo power to gas. È stato prima valutato il funzionamento del sistema al variare della potenza in ingresso, in modo da poter ottenere le curve di funzionamento del sistema di accumulo. Successivamente è stato analizzato il funzionamento in fase di accumulo e restituzione. È stato modellato un sistema comprensivo di: un impianto fotovoltaico, un sistema di accumulo power to gas, un sistema di restituzione ed un’utenza elettrica. In seguito, sono state valutate le prestazioni del sistema di accumulo e restituzione, nelle varie fasi di funzionamento, in un arco temporale di un anno. Sono state scelte alcune settimane di funzionamento, delle quali sono stati analizzati gli andamenti di alcune grandezze d’interesse. Sono stati ottenuti i dati a consuntivo, relativi al funzionamento annuale del sistema. Infine, è stata svolta un’analisi per analizzare il comportamento del sistema al variare della taglia dell’impianto fotovoltaico.