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

15

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!