Università degli Studi di Genova Dipartimento di Ingegneria Elettrica Dottorato di Ricerca in Scienze dei Servizi per i Trasporti e la Logistica XIX ciclo Trasporto di Idrogeno e Gas Naturale e loro utilizzo ottimale nei veicoli a motore Coordinatore: Prof. Ing. Giuseppe Sciutto Docente di Riferimento: Prof. Sandro Bertini Candidato: Ing. Zefferino Pavanelli

La disponibilità di petrolio è ormai dimezzata rispetto alle prime estrazioni iniziate alla fine del 1800 La “forbice” tra la domanda crescente e la disponibilità di petrolio decrescente determina un aumento o un mantenimento del prezzo del petrolio su valori elevati Convenienza nel recupero delle grandi quantità di gas natu- rale che scaturisce insieme al petrolio nei giacimento off - shore che veniva regolarmente ed assurdamente bruciato Tale recupero avviene attraverso la liquefazione del gas naturale ed il trasporto mediante navi metaniere 1.1 Motivazioni economiche

Il numero delle navi metaniere è in continua crescita ed ha superato le 155 unità, nell’anno 2004; numerose sono anche le navi metaniere in costruzione. 1.1 Motivazioni economiche

Idrogeno e Gas Naturale garantiscono un notevole aumento dei rendimenti di conversione dell’energia termica in energia elettrica che nelle centrali a “ciclo combinato” raggiunge il 60% Rendendo possibile la generazione distribuita dell’energia elettrica si attua un ulteriore risparmio energetico, dato che i grandi elettrodotti assorbono mediamente l’1% dell’energia trasportata ogni 100 Km mentre i metanodotti circa l’1% ogni 1000 Km Attualmente le PEMFC per autoveicoli hanno un rendimen- to intorno al 35% - 40% ed un peso intorno ai 2 kg/kw; l’obiettivo raggiungibile è un rendimento intorno al 50% ed un peso intorno ad 1 kg/kw 1.2 Motivazioni tecniche

1.4 Motivazioni ambientali Il crescente utilizzo dei combustibili fossili incide pesante- mente sull’ambiente con i seguenti rischi: Arresto o rallentamento della “Corrente del Golfo” ed eventuale glaciazione oltre il 45º parallelo o instabilità climatiche con progressiva desertificazione dei paesi nell’area del Mediterraneo scioglimento del permafrost diffuso lungo tutte le coste e contenente grandi quantità di idrato di metano con diffusio- ne nell’ambiente di gas naturale, contribuendo all’effetto serra in misura maggiore dell’anidride carbonica

1.4 Motivazioni ambientali Previsioni sull’aumento di concentrazione di anidride carbo- nica ed aumento della temperatura media del pianeta della Bellona Foundation

2.4 Ipotesi di trasporto dell’idrogeno liquido mediante dirigibili del tipo SkyCat Fig. 23 Immagine di uno SkyCat 20 in fase di decollo da uno specchio d’acqua Rif.Bibl. [37]

2.4 Ipotesi di trasporto dell’idrogeno liquido mediante dirigibili del tipo SkyCat Costo di trasporto mediante i diversi tipi di vettori; costo per tonnellata e per miglia percorse; lo Sky Cat già nella versione 220 diventa competitivo col trasporto su gomma e nella versione 1000 col trasporto via mare.

3 Valutazione dei rischi inerenti la manipolazione ed il trasporto dell’idrogeno e del gas naturale - storicamente gas contenenti idrogeno sono stati usati in tutta sicurezza come combustibile per il riscaldamento domestico fin dai primi dell’800 nella forma di “gas di città”, una miscela composta per il 50% da idrogeno e per il 50% da monossido di carbonio. Un altro studio ha verificato la mancanza di prove che la frequenza e le conseguenze di incidenti dovuti a esplosioni fossero significativamente influenzata dal fatto che la causa fosse il gas di città o gas naturale; - miscele di idrogeno e altri gas sono usati comunemente in molte industrie; - l’idrogeno è trattato con relativa sicurezza all’interno di grandi raffinerie e impianti chimici; - l’idrogeno liquido viene correntemente trasportato attraverso gli Stati Uniti per mezzo di autocisterne con serbatoio criogenico al tasso di 70 milioni di galloni all’anno senza alcun incidente rilevante; (Corrispondente a 265 milioni di litri di metano liquido allanno, essendo il gallone statunitense corrispondente a 3,785 litri) - non ci sono prove che l’idrogeno a bordo di veicoli sia un’anormale fonte di rischio; - non ci sono indicazioni che un veicolo con propulsione ad idrogeno, convenien- temente progettato, e la sua annessa struttura di rifornimento possa creare più rischi di un normale veicolo a combustibile convenzionale.

4 Verso carburanti sempre più “ecologici” e leggeri. 4.1 Decarbonizzazione delle fonti energetiche. Dal 1860 ad oggi il contenuto medio di idrogeno dei combustibili utilizzati è aumentato con un andamento quasi esponenziale; dal 1860 al 1990 è aumentato di 6 volte. Jesse Ausubel, della Rockefeller University ritiene che “il fatto più sorprendente, importante e positivo che emerge dagli studi sull’energia relativi agli ultimi duecento anni è che vi è stato un progresso globale a favore degli atomi di idrogeno rispetto a quelli di carbonio.

10.3 Ipotesi di produzione di idrogeno liquido da impianti di aerogeneratori situati in paesi del terzo mondo o da impianti offshore in prossimità delle coste italiane Metodi di ormeggio di aerogeneratori galleggianti.

10.3 Ipotesi di produzione di idrogeno liquido da impianti di aerogeneratori In Norvegia sorgera' il parco eolico off-shore piu' grande le mondo per una potenza da MW. (ANSA) Si tratta di un colossale impianto costituito da 334 aerogeneratori con rotori del diametro di 120 metri. Il progetto nel Mar di Norvegia, a una quindicina di km dalla costa di Romsdal, e' della societa' Havgul. Il parco, richiedera' un investimento di circa 2 miliardi di euro e potrebbe essere completato entro il 2012 e sarà in grado di generare 4,2 TWh l'anno. I lavori dovrebbero quest’anno. Costo dell’installazione: 1330 euro/kw Energia producibile ogni anno: 4.2 miliardi di kilowattora/anno Rapportato ad un impianto di 5000 Mw corrisponde a 14 miliardi di kilowattora/anno Costo dell’ammortamento dell’impianto per ogni litro equivalente di benzina prodotta (facendo le proporzioni ): (1330/1000) / (14/10) * 29 centesimi = 27,5 centesimi (ipotizzando una vita di 25 anni dell’impianto).

10.3 Ipotesi di produzione di idrogeno liquido da impianti di aerogeneratori

Conclusioni Storicamente lo sviluppo di una innovativa logistica nella fornitura dell’energia con l’elettrificazione della ferrovia del passo dei Giovi nel 1911 unendo il porto di Genova con il nord Italia e la città di Torino contribuì al grande sviluppo dell’elettrificazione delle ferrovie in Europa e nel mondo, permettendo al treno, con le linee ad alta velocità di arrivare ad essere competitivo con le linee di comunicazione aeree. In modo analogo lo sviluppo di una innovativa logistica del trasporto del gas naturale liquido e sopratutto dell’idrogeno liquido contribuirebbe sicuramente ad un notevole miglioramento dei rendimenti di conversione dell’energia termica in energia meccanica ed elettrica nei trasporti e ad una soluzione dei problemi legati all’inquinamento ed alla salvaguardia dell’ambiente.