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Verona, ottobre 2008
Stato dell'arte tecnico-normativo dei sistemi di accumulo e delle reti di distribuzione H2 per uso
stazionario
Il Gruppo SOL
Profilo aziendale
Home Care
SOL è una multinazionale italiana con Sede a Monza, focalizzata nella produzione, ricerca applicata e marketing di gas industriali, medicinali, puri e speciali, nella progettazione, realizzazione ed installazione di apparecchiature ed impianti necessari all’handling dei suddetti gas, così come nel settore Home Care
Gas tecnici
Numeri chiave
Presenza in 15 stati europei (Impianti produzione, trasformazione, distribuzioneImpianti produzione, trasformazione, distribuzione)
Oltre 40000 clienti serviti giornalmente
Fatturato 2007 pari a circa 427 milioni di Euro
Circa 100 applicazioni industriali con tecnologia propria
Oltre 1700 dipendenti
Principali Centri
Unità produzione H2 “On-site” presso utilizzatore finale in Italia & Europa
Facilities di produzione H2 in Italia & Europa
Infrastruttura distribuzione H2: carri bomb./ bombole-pacchi/ pipelines
Tecnologie: steam reforming, ossidazione parziale, elettrolisi
Produzione e distribuzione Idrogeno SOL: gas industriale
Capacità produttiva annua dell’ordine di decine di milioni di metri cubi
Utilizzo H2 - Settore mobilità: Utilizzo H2 - Settore mobilità:
Veicoli a idrogeno multiservizio Veicoli a idrogeno multiservizio
Impianti di rifornimento idrogeno gassoso (puro o in miscela) o liquidoImpianti di rifornimento idrogeno gassoso (puro o in miscela) o liquido
Produzione/ compressione/ accumulo H2:Produzione/ compressione/ accumulo H2:
Impianti “on-site” ad alta efficienza produzione HImpianti “on-site” ad alta efficienza produzione H22 per via elettrolitica per via elettrolitica
accoppiabili a fonti rinnovabili accoppiabili a fonti rinnovabili
Impianti “on-site” produzione HImpianti “on-site” produzione H22 da metano con recupero CO da metano con recupero CO22
Sistemi di compressione AP fino a 350 – 700 barSistemi di compressione AP fino a 350 – 700 bar
Sistemi di accumulo idrogeno ad altissima pressione o liquido Sistemi di accumulo idrogeno ad altissima pressione o liquido
Sistemi di accumulo chimico di idrogeno (idruri metallici….) Sistemi di accumulo chimico di idrogeno (idruri metallici….)
Utilizzo H2 - Settore stazionario: Utilizzo H2 - Settore stazionario:
Sistemi a celle a combustibile (Sistemi a celle a combustibile (PEM, AFC, SOFC, MCFC)PEM, AFC, SOFC, MCFC) per produzione EE per produzione EE
Idrogeno vettore energetico: progetti SOL
Confinamento CO2
Eolico, PV
Solare
Biomasse
Carbone
Nucleare
Petrolio
Gas naturale
Foss
iliR
inno
vabi
li
Gassificazione
Reforming
Reforming/ PAOX
Elettrolisi
Gassificazione
Processi termochimici
Processi termochimici
Fonti Processi
CO2
CO2U235
Th232
U238
La filiera dell’idrogeno
H2O
Fonte: ENEAFonte: ENEA
Industria
(Altri usi)
Mobilità
Stazionario EE
H2
Carri Bombolai
Pipeline
Distributori
…
UtilizzoAccumulo/distribuzione
Stoccaggio idrogeno
Capacità Volumetrico = Rapporto “peso Idrogeno stoccato/ volume serbatoio”
CONFRONTO FRA CAPACITA’ VOLUMETRICHE DI STOCCAGGIO IDROGENO NEI DIVERSI SISTEMI DI ACCUMULO
010203040506070
200bar 450 bar tipoIII
700 bar tipoIV
H2 liq Idruri chimici
Kg
/mc
Panorama sistemi di accumulo dell’Idrogeno
Stoccaggio H2 ad altissima pressione (fino a 700 bar)
Recipienti costituiti da:
parte interna (LINER) di tenuta alla diffusione del gas (Alluminio) o in composito
parte esterna (SHELL) realizzata in materiale composito ( fibre di carbonio), che svolge la funzione di resistenza meccanica, agli urti ed alla fatica.
Peso 3 volte inferiore rispetto ad una bombola in acciaio di pari capacità
Elevato sforzo a rottura per unità di massa
Relativa semplicità tecnologica
SPECIFICHESPECIFICHE
T liquefaz.: - 253 °CT liquefaz.: - 253 °C
Densità: Densità: 0,071 kg/lit.0,071 kg/lit.
Purezza: Purezza: 99,999 99,999%%
Idrogeno liquido
8,49 7,63
4,932,95 2,16
0123456789
ENERGY CONTENT
(Mj/lt)
CONTENUTO ENERGETICO : GH2 vs. LH2
LH2 GH2
0,1 0,1 MPaMPa
0,3 0,3 MPaMPa
70 70 MPaMPa
35 35 MPaMPa
24 24 MPaMPa
CONSUMO MEDIO CONSUMO MEDIO
(x 100 Lit./h LH(x 100 Lit./h LH22))
• EE : EE : 90 kW90 kW
• NN22 LIQUIDO: 80 lt/h LIQUIDO: 80 lt/h
(cooling)(cooling)
Boil –off (uso discontinuo stazionario)
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Idruri chimici- Borodiruri
Alta Capacità di Stoccaggio
Elevata Sicurezza (stoccaggio a P atm)
Stoccaggio H2 in forma liquida
VANTAGGI RISPETTO A STOCCAGGIO TRADIZIONALE
CRITICITA’
Rigenerazione difficoltosa (Termochimica o Elettrochimica da Soda fusa)
Costo elevato
Alte temperature di desorbimento
NaBH4+2H2O NaBO2+4H2 (+Q)
NaBO2 + 2 H2O → 2 O2 + NaBH4
Possibili applicazioni
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SOL è partner di ENEL nel Progetto MAT-Regione Veneto nella messa a punto e successiva sperimentazione presso una Centrale ENEL (Fusina-Porto Marghera) di tecnologie innovative ad alta efficienza legate alla filiera idrogeno per usi stazionari –(energetici) e nella mobilità
AREA COMPETENZA SOL
Produzione di H2 per via elettrolitica a media pressione ed elevata efficienza
Accumulo di H2 con idruri chimici
Compressione ad altissima pressione
Progetto ENEL-MATTProgetto ENEL-MATT
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Dimensionamento per pressioni di esercizio estremamente elevate
Reperimento materiali costruttivi necessari alle lavorazioni
I STADIO
II STADIO
GRUPPO MOTORE
GRUPPO TRASMISSIONE
Portata: 30 mc/h H2
Step I: 4 - 400 bar
Step II: 7-700 bar
Progettazione compressore alta pressione
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Idruri chimici- borodiruri (schema /caratt. Prototipo da sviluppare)
Pompa
NaBH4 Catalyzer
NaBH4 + 2H2O NaBO2 + 4H2 (+ Q) NaBH4 + 2H2O NaBO2 + 4H2 (+ Q)
Serbatoio NaBH4
Separatore H2 / NaBO2
Umidificatore
Scambiatore di calore
Serbatoio NaBO2
Idrogeno umidificato
NaBO2 liquido
H2 e Vapore
O2 dall’aria
Controllo T ed umidità H2
rigenerazione
All’utilizzo
Prototipo sistema rilascio H2
T Rx test
termostatotermostato
Flow pHFlow T
Scarico gas
A
VAlimentatore
CC & PC
+_
test
Serbatoio da 5 ltdi soda
Consumo energetico 5,6 KWh/m3 di H2 eq
Serpentina in Titanio alimentata con termostato
esterno
NaBO2 + 2 H2O → 2 O2 + NaBH4
Prototipo sistema rigenerazione idruri
Il settore stazionario nei cosiddetti “Early Markets”
Stazionario / Portatile
UPS-APU (telecomunicazioni, nautica…)
Generatori E.E. (apparati strumentali mobili...)
Caricabatterie (cantieristica…)
…………….
comune denominatore:
disporre di energia in contesti “premium” staccati dalla rete
Esempi di applicazione
Normativa idrogeno
Decreto Ministeriale del 16 febbraio 1982 ( attività soggette alle visite di prevenzione incendi)
Decreto Ministeriale del 24 novembre 1984 ( norme di sicurezza antincendio per il trasporto, la distribuzione, l'accumulo e l'utilizzazione del gas naturale con densità non superiore a 0,8
Normativa di riferimento H2
D.Lgs 93/00 -Direttiva 97/23/CEE “Direttiva apparecchiature a pressione - PED”
D.P.R. 126/98 - Direttiva 94/9/CE “ Direttiva apparecchiature e sistemi di protezione destinati ad essere utilizzati in atmosfera potenzialmente esplosiva - ATEX”
(Decreto Ministeriale del 31 agosto 2006, concernente l'approvazione della regola tecnica di prevenzione incendi per la progettazione, costruzione ed esercizio degli impianti di distribuzione di idrogeno per autotrazione)
SPERIMENTAZIONE VVF/UNIPI/ASSOGASTECNICI
FOCUS
Definizione delle distanze di sicurezza (tubazioni a pressioni inferiori ai 30 bar)
Individuare una distanza massima oltre la quale la concentrazione di idrogeno non risulta apprezzabile
in funzione della pressione interna e del diametro del foro di rilascio.
TRASFERIMENTO RISULTATI
Redazione della regola tecnica di prevenzione
incendi per la progettazione, costruzione
ed esercizio degli impianti di distribuzione
di idrogeno compresso
per uso stazionario (idrogenodotti)
Prove di emissione idrogeno da idrogenodotto
fori diametro 2,5 – 5 e 11 mm
pressioni 2 – 5 e 10 bar assoluti
misura delle concentrazioni di idrogeno nell’intorno di emissione
verifica attendibilità programmi di simulazione computerizzata
Foro intercambiabile
Il foro da 2,5 mm
Il foro da 11 mm
Prove di emissione H2 da idrogenodottoProve di emissione H2 da idrogenodotto
45 6
11
1210
7 8
9
9
(X, Y, Z) in cm
Diametro = 2,5 mmP interna = 10 bar
9 = (50, 0, 5)
8 = (250, 0, 0)
7 = (200, 0, 0)
6 = (100, 0, 0)
5 = (50, 0, 0)
4 = (30, 0, 0)
12 = (100, 0, -5)
11 = (100, 0, 5)
10 = (50, 0, -5)
87
10 12
11
654
Prove di emissione H2 da idrogenodottoProve di emissione H2 da idrogenodottoMisura concentrazione H2
• Le prove hanno dimostrato buona ripetibilità e dati in linea con quanto preventivato da simulazioni matematiche
• La sperimentazione ha permesso di individuare distanze di sicurezza minori di quelle oggi usate (CH4)
Risultati emersi Risultati emersi
Grazie!