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Ingegnerizzazione di uno nuovo ciclo di scissione termochimica dell'acqua

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4 Ognuna delle tre fasi non è oggi commercialmente disponibile e in particolare la prima rappresenta la più grande sfida che attende le nostre generazioni. Il problema è che se la fonte di energia sfruttata è di origine fossile il pur nobile ciclo chiuso dell’idrogeno viene viziato all’origine in quanto l’energia primaria deriva da risorse non rinnovabili la cui ossidazione determina una grossa produzione di anidride carbonica. E’pur vero però che si passa da un inquinamento delocalizzato a uno centralizzato in cui tale produzione può essere mitigata o addirittura eliminata tramite il sequestro della CO₂. Sappiamo dunque da dove partire (energia rinnovabile o nucleare) e dove vogliamo arrivare (idrogeno), rimane il fondamentale problema del come, come produrre l’idrogeno?In questa tesi si vuole rispondere a questo quesito attraverso la strada della termolisi. 1.2-Metodi di produzione idrogeno alternativi alla termolisi 1.2.1-Metodi tradizionali L’idrogeno non esiste libero sulla terra e quindi deve essere prodotto. Ci sono due principali modi di produrre l’idrogeno: la scissione dell’acqua e l’estrazione dagli idrocarburi. Quest’ultimo metodo rappresenta attualmente la principale fonte di produzione dell’idrogeno: circa il 96% di tutto l’idrogeno prodotto proviene da combustibili fossili, tramite “steam reforming” o “thermal craking” del gas naturale, “steam gasification” del carbone o tramite ossidazione e “craking” di oli pesanti. Il restante 4% dell’idrogeno è prodotto per scissione dell’acqua tramite elettrolisi a bassa temperatura. L’elettrolisi dell’acqua è energeticamente conveniente in quanto circa l’80% dell’energia elettrica utilizzata per la reazione è convertita in idrogeno. Considerando però che l’efficienza di conversione del calore in elettricità nei moderni impianti a turbine è del 30-45%, la resa di trasformazione del calore in idrogeno tramite elettrolisi risulta solo del 24-36%. 1.2.2-Elettrolisi ad alta temperatura Per ridurre la barriera energetica agli elettrodi e diminuire la sovratensione di cella è stato proposto di utilizzare, al posto dell’acqua liquida, vapore ad alta temperatura (800-1000°C). In tale metodo denominato “High Temperature Electrolysis (HTE)” parte dell’energia necessaria alla scissione può essere fornita termicamente e questo porta ad un aumento dell’efficienza di conversione. L’HTE è basata principalmente sulla tecnologia delle celle a combustibile a ossidi solidi “Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)” laddove mentre le SOFC consumano idrogeno ed ossigeno per produrre elettricità l’HTE consuma elettricità, calore e acqua (allo stato vapore) per produrre idrogeno ed ossigeno. Il potenziale di cella richiesto per l’HTE è di circa 0.9 V, circa il 50% in meno di quello richiesto nell’elettrolisi a bassa temperatura. I processi elettrodici inoltre avvengono più velocemente in quanto sono più alte le correnti di scambio.I problemi sono legati alla corrosione degli elettrodi che portano alla degradazione della cella elettrochimica con perdite di efficienza anche del 45% . Recentemente è stato proposto di alimentare la cella con miscele di vapore ed anidride carbonica per produrre syngas (una miscela di idrogeno e monossido di carbonio) che può essere usata direttamente o liquefatta con metodi chimici per produrre idrocarburi liquidi tramite il metodo Fisher-Tropsch. I primi studi hanno mostrato efficienze del 43-48% 1.3-Scissione termochimica dell’acqua La scissione termochimica dell’acqua non è altro che la conversione di acqua in idrogeno ed ossigeno attraverso una serie di reazioni che nel complesso saranno endotermiche, avranno cioè bisogno di calore. Gli studi del DOE (Department of Energy of USA) commisionati negli anni ‘70alla Genera Atomics, al Sandia National Laboraties e all’Università del Kentucky identificarono 155
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Ingegnerizzazione di uno nuovo ciclo di scissione termochimica dell'acqua

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Informazioni tesi

  Autore: Antonio Costantino
  Tipo: Laurea liv.I
  Anno: 2008-09
  Università: Università degli Studi di Roma La Sapienza
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria industriale
  Relatore: Mauro Pasquali
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 237

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Parole chiave

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idrogeno
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reattore vhtr
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termolisi
waterspliting

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