Modellazione CFD di un impianto gassificatore alimentato a biomassa per la produzione di idrogeno

Il presente lavoro di tesi ha l’obiettivo di sviluppare un modello CFD di un gassificatore di tipo downdraft nella sua configurazione Imbert, alimentato con PEFB. Per superare i limiti delle analisi tradizionali, la prima fase del lavoro si è concentrata sulla stima della composizione biochimica della biomassa a partire dalla sua analisi elementare, implementando in Python un modello esteso a sette componenti chimici per includere anche la frazione degli estrattivi, in molti casi significativi per la descrizione puntuale della biomassa. I dati ottenuti sono stati utilizzati all’interno del solutore BatchReactor di OpenSMOKE++ per simulare la degradazione termica del pellet mediante il meccanismo cinetico di dettaglio (DKM) sviluppato dal gruppo CRECK. Questo passaggio ha permesso di ricavare una reazione globale equivalente di pirolisi da integrare nel successivo modello fluidodinamico. Il modello CFD è stato sviluppato in ambiente ANSYS Fluent adottando un approccio Euleriano-Euleriano per mezzo del Porous Media Model (PMM). Il sistema accoppia la fluidodinamica, governata dal modello di turbolenza RNG k − ϵ, con un set di 19 reazioni chimiche per le fasi di ossidazione e riduzione, la cui cinetica è stata gestita tramite il modello Finite-rate/Eddy-dissipation. A valle di un’analisi di indipendenza dalla griglia (grid independence), il modello è stato validato chimicamente rispetto ai dati presenti in letteratura. Infine, il modello è stato impiegato per condurre un’analisi di sensitività sui parametri operativi e geometrici del gassificatore. I risultati hanno evidenziato come un aumento del rapporto di equivalenza (ER) comporta una maggiore ossidazione che riduce drasticamente la cold gas efficiency e la qualità del syngas. Parallelamente, l’allargamento del raggio di gola favorisce tempi di residenza prolungati che incrementano lievemente la frazione volumetrica di idrogeno, ma a scapito del potere calorifico complessivo del syngas prodotto.