Modellazione della sezione di generazione del vapore in un sistema energetico per la produzione di idrogeno dalla combustione di alluminio

Lo scopo di questa attività di tesi è stato quello di analizzare e simulare mediante un software diverse varianti di un impianto sperimentale basato sulla reazione Al-H2O, al fine di valutarne le prestazioni e individuare la soluzione più promettente. Dopo l’esposizione dei molteplici vantaggi dell’alluminio in quanto vettore energetico e della sua filiera produttiva, questo lavoro di tesi analizza la reazione di combustione Al-H2O ponendo attenzione anche ai processi di attivazione dell’alluminio. Successivamente l’elaborato ripercorre il lavoro svolto negli anni passati dal gruppo di ricercatori del DISMI di Unimore, che ha posto le basi per il progetto MetalH2. Infine, i capitoli successivi dell’elaborato illustrano le simulazioni svolte sul software commerciale Aspen Plus e i risultati ottenuti. Le configurazioni di impianto studiate sono state cinque (A, B, C, D ed E) e ciascuna è stata simulata più volte, considerando diversi valori del rapporto combustibile/comburente λ che ha rappresentato il parametro di maggior interesse in questo studio. È stata poi posta maggiore attenzione sul potenziale utilizzo del calore prodotto dalla reazione piuttosto che dell’idrogeno, così da fornire un quadro più completo sulle possibilità di produzione energetica di questo tipo di sistema. Pertanto le performance registrate nelle simulazioni hanno riguardo la generazione elettrica del gruppo a vapore, considerando come parametri di maggior interesse la potenza elettrica (Pel) e il rendimento elettrico (ηel), totale (ηtot) e di primo principio (η1°P). Siccome le varianti di impianto differiscono per diversi accorgimenti impiantistici, sono state valutate anche le superfici di scambio termico richieste dai vari scambiatori e il consumo di acqua totale, in un’ottica futura di consumi e di fattibilità. L’alluminio in ingresso in camera di combustione è stato sempre preso pari ad 1 kg/s, rendendo questi impianti e i risultati ottenuti potenzialmente scalabili a diversi carichi.