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
Processi
Fossili
Fonti
U235
Th232
U238
Petrolio
Reforming
Gas naturale
Reforming/ PAOX
Carbone
Gassificazione
Processi
termochimici
Nucleare
Accumulo/
distribuzione
Mobilità
Carri Bombolai
CO2
H2
Rinnovabili
Pipeline
Distributori
H2O
Eolico, PV
Elettrolisi
Solare
Processi
termochimici
Biomasse
Gassificazione
Utilizzo
…
Stazionario
EE
Industria
(Altri usi)
CO2
Confinamento CO2
Fonte: ENEA
Stoccaggio idrogeno
Panorama sistemi di accumulo dell’Idrogeno
Kg/mc
CONFRONTO FRA CAPACITA’ VOLUMETRICHE DI STOCCAGGIO IDROGENO NEI
DIVERSI SISTEMI DI ACCUMULO
70
60
50
40
30
20
10
0
200bar
450 bar tipo 700 bar tipo
III
IV
H2 liq
Idruri chimici
Capacità Volumetrico = Rapporto “peso Idrogeno stoccato/ volume serbatoio”
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
Idrogeno liquido
CONTENUTO ENERGETICO :
GH2 vs. LH2
0,3
MPa
9
8
ENERGY 76
CONTENT 54
(Mj/lt) 3
2
1
0
0,1
MPa
70
MPa
35
MPa
SPECIFICHE
T liquefaz.:
24
MPa
- 253 °C
Densità: 0,071 kg/lit.
Purezza: 99,999%
CONSUMO MEDIO
(x 100 Lit./h LH2)
8,49 7,63
• EE :
4,93
LH2
2,95
GH2
90 kW
• N2 LIQUIDO: 80 lt/h
2,16
(cooling)
Boil –off (uso
discontinuo stazionario)
Idruri chimici- Borodiruri
NaBH4+2H2O
NaBO2 + 2 H2O →
NaBO2+4H2 (+Q)
2 O2 + NaBH4
VANTAGGI RISPETTO A STOCCAGGIO TRADIZIONALE
Alta Capacità di Stoccaggio
Elevata Sicurezza (stoccaggio a P atm)
Stoccaggio H2 in forma liquida
CRITICITA’
Rigenerazione difficoltosa (Termochimica o Elettrochimica da Soda fusa)
Costo elevato
Alte temperature di desorbimento
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
14
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
GRUPPO
MOTORE
II STADIO
GRUPPO
TRASMISSIONE
I STADIO
15
Prototipo sistema rilascio H2
chimici- borodiruri
SerbatoioIdruri
NaBH
NaBH
NaBO
(schema /caratt.
Prototipo
da
sviluppare)
4 + 2H2O 
2 + 4H2 (+ Q)
4
NaBH4
Separatore
H2 / NaBO2
Catalyzer
Pompa
Serbatoio NaBO2
rigenerazione
NaBO2 liquido
H2 e Vapore
Umidificatore
Idrogeno umidificato
All’utilizzo
O2 dall’aria
Scambiatore di calore
Controllo T ed umidità H2
16
Prototipo sistema rigenerazione idruri
test
Flow
T
Flow
pH
T
test
Rx
Scarico gas
termostato
NaBO2 + 2 H2O → 2 O2 + NaBH4
Serbatoio da 5 lt
di soda
+
A
V
_
Alimentatore
CC & PC
termostato
Serpentina in Titanio
alimentata con termostato
esterno
Consumo energetico 5,6 KWh/m3 di H2 eq
Il settore stazionario nei cosiddetti “Early Markets”
UPS-APU (telecomunicazioni, nautica…)
Stazionario / Portatile
Generatori E.E. (apparati strumentali mobili...)
Caricabatterie (cantieristica…)
…………….
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
Diametro = 2,5 mm
P interna = 10 bar
(X, Y, Z) in cm
9
11
5
6
10
12
9
11
7
8
7
8
4
5
6
10
12
4
4 = (30, 0, 0)
5 = (50, 0, 0)
6 = (100, 0, 0)
7 = (200, 0, 0)
8 = (250, 0, 0)
9 = (50, 0, 5)
10 = (50, 0, -5)
11 = (100, 0, 5)
12 = (100, 0, -5)
Prove di emissione H2 da idrogenodotto
Misura concentrazione H2
Diametro = 2,5 mm
P interna = 10 bar
(X, Y, Z) in cm
9
11
5
6
10
12
9
11
7
8
7
8
4
5
6
10
12
4
4 = (30, 0, 0)
5 = (50, 0, 0)
6 = (100, 0, 0)
7 = (200, 0, 0)
8 = (250, 0, 0)
9 = (50, 0, 5)
10 = (50, 0, -5)
11 = (100, 0, 5)
12 = (100, 0, -5)
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!