Stato dell'arte tecnico-normativo dei sistemi di accumulo e delle reti di distribuzione H2 per uso stazionario Verona, ottobre 2008

Il Gruppo SOL

Profilo aziendale 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 Home Care

Numeri chiave Presenza in 15 stati europei (Impianti produzione, trasformazione, distribuzione) Oltre 1700 dipendenti Oltre 40000 clienti serviti giornalmente Circa 100 applicazioni industriali con tecnologia propria Fatturato 2007 pari a circa 427 milioni di Euro

Principali Centri

Produzione e distribuzione Idrogeno SOL: gas industriale Facilities di produzione H2 in Italia & Europa Unità produzione H2 “On-site” presso utilizzatore finale in Italia & Europa Tecnologie: steam reforming, ossidazione parziale, elettrolisi Capacità produttiva annua dell’ordine di decine di milioni di metri cubi Infrastruttura distribuzione H2: carri bomb./ bombole-pacchi/ pipelines

Idrogeno vettore energetico: progetti SOL Produzione/ compressione/ accumulo H2: Impianti “on-site” ad alta efficienza produzione H2 per via elettrolitica accoppiabili a fonti rinnovabili Impianti “on-site” produzione H2 da metano con recupero CO2 Sistemi di compressione AP fino a 350 – 700 bar Sistemi di accumulo idrogeno ad altissima pressione o liquido Sistemi di accumulo chimico di idrogeno (idruri metallici….) Utilizzo H2 - Settore mobilità: Veicoli a idrogeno multiservizio Impianti di rifornimento idrogeno gassoso (puro o in miscela) o liquido Utilizzo H2 - Settore stazionario: Sistemi a celle a combustibile (PEM, AFC, SOFC, MCFC) per produzione EE

La filiera dell’idrogeno Fonti Processi Accumulo/ distribuzione Utilizzo Reforming Petrolio Fossili Gas naturale Reforming/ PAOX Mobilità Gassificazione Carbone Stazionario EE Carri Bombolai Pipeline Distributori … CO2 U235 Th232 U238 Nucleare Processi termochimici H2 H2O Eolico, PV Industria Elettrolisi (Altri usi) Solare Rinnovabili Processi termochimici Biomasse Gassificazione CO2 Confinamento CO2 Fonte: ENEA

Stoccaggio idrogeno

Panorama sistemi di accumulo dell’Idrogeno CONFRONTO FRA CAPACITA’ VOLUMETRICHE DI STOCCAGGIO IDROGENO NEI DIVERSI SISTEMI DI ACCUMULO Capacità Volumetrico = Rapporto “peso Idrogeno stoccato/ volume serbatoio” 9

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 10

Idrogeno liquido 0,1 MPa 0,3 MPa 70 MPa 35 MPa 24 MPa SPECIFICHE T liquefaz.: - 253 °C Densità: 0,071 kg/lit. Purezza: 99,999% CONSUMO MEDIO (x 100 Lit./h LH2) EE : 90 kW N2 LIQUIDO: 80 lt/h (cooling) Boil –off (uso discontinuo stazionario)

Idruri chimici- Borodiruri NaBH4+2H2O NaBO2+4H2 (+Q) NaBO2 + 2 H2O → 2 O2 + NaBH4 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 12 12

Possibili applicazioni

Progetto ENEL-MATT 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

Progettazione compressore alta pressione Dimensionamento per pressioni di esercizio estremamente elevate Reperimento materiali costruttivi necessari alle lavorazioni Portata: 30 mc/h H2 Step I: 4 - 400 bar Step II: 7-700 bar I STADIO II STADIO GRUPPO MOTORE GRUPPO TRASMISSIONE

Idruri chimici- borodiruri (schema /caratt. Prototipo da sviluppare) Prototipo sistema rilascio H2 Idruri chimici- borodiruri (schema /caratt. Prototipo da sviluppare) NaBH4 Catalyzer Serbatoio NaBH4 NaBH4 + 2H2O  NaBO2 + 4H2 (+ Q) Separatore H2 / NaBO2 Pompa Serbatoio NaBO2 rigenerazione NaBO2 liquido H2 e Vapore Umidificatore Idrogeno umidificato All’utilizzo O2 dall’aria Scambiatore di calore 16 Controllo T ed umidità H2

NaBO2 + 2 H2O → 2 O2 + NaBH4 Prototipo sistema rigenerazione idruri _ test Flow T Flow pH T Rx test Scarico gas termostato termostato NaBO2 + 2 H2O → 2 O2 + NaBH4 Serbatoio da 5 lt di soda Serpentina in Titanio alimentata con termostato esterno _ + A Alimentatore CC & PC V Consumo energetico 5,6 KWh/m3 di H2 eq 17

disporre di energia in contesti “premium” staccati dalla rete Il settore stazionario nei cosiddetti “Early Markets” UPS-APU (telecomunicazioni, nautica…) Generatori E.E. (apparati strumentali mobili...) Caricabatterie (cantieristica…) ……………. Stazionario / Portatile comune denominatore: disporre di energia in contesti “premium” staccati dalla rete

Esempi di applicazione

Normativa idrogeno

Normativa di riferimento H2 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 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 Il foro da 2,5 mm Foro intercambiabile Il foro da 11 mm

Prove di emissione H2 da idrogenodotto

Prove di emissione H2 da idrogenodotto Misura concentrazione H2

Risultati emersi 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)

Grazie!