L’attuale sistema energetico mondiale, fortemente dipendente dalle fonti energetiche fossili (petrolio, gas naturale, carbone), sta ponendo due gravi problemi: • la costante crescita della concentrazione di anidride carbonica (CO 2 ) nell’atmosfera terrestre, che sta provocando un innalzamento della temperatura media del pianeta (aumento dell’effetto serra); • l’esaurimento, previsto entro l’attuale secolo, delle due più importanti fonti fossili, petrolio e gas naturale. Per affrontare e risolvere entro l’attuale secolo i due gravi problemi citati, tutti i Paesi più industrializzati del mondo sono oramai concordi sulla strategia da adottare: • nel breve medio termine la riduzione delle emissioni di CO 2 in atmosfera verrà realizzata mediante la conversione dei combustibili fossili in idrogeno, ottenuta separando e trattenendo il carbonio (sotto forma di CO 2 ) presente in tali combustibili; sarà quindi avviato un sistema energetico basato sulla conversione delle fonti energetiche fossili in idrogeno. Verso questa scelta spingono anche problemi di inquinamento locale, ad es. nelle grandi aree urbane, che il ricorso all’idrogeno risolverebbe definitivamente. • nel lungo termine l’idrogeno verrà prodotto da fonti rinnovabili (idroelettrica, eolica, solare, biomasse) e ove possibile anche da nucleare; in questo modo la CO 2 non sarà più prodotta e il problema dell’esaurimento dei combustibili fossili sarà pure superato. Nel breve medio termine quindi è prevedibile una rapida crescita della produzione di idrogeno da combustibili fossili. Inizialmente il combustibile fossile più impiegato per produrre idrogeno sarà il metano, ma per motivi legati alle riserve accertate di energia non è da escludere che sarà il carbone a diventare la fonte fossile più importante con cui produrre idrogeno, soprattutto se il periodo di transizione verso la produzione di idrogeno da fonti rinnovabili dovesse prolungarsi oltre ogni previsione. Molto probabilmente, per motivi economici, la produzione di idrogeno da carbone inizierà ad essere realizzata nelle cosiddette centrali termoelettriche IGCC (Integrated Coal Gasification Combined Cycle). In queste centrali il carbone viene trasformato in combustibile gassoso ricco di idrogeno e il gas viene poi utilizzato per produrre energia elettrica mediante turbogas in ciclo combinato. Poiché dal combustibile gassoso può essere estratto idrogeno, le centrali IGCC, alimentate a carbone, sono in grado quindi di produrre energia elettrica ed idrogeno. All’interno del progetto GEN21, una Task del sottoprogetto H2 ( “L’idrogeno nella generazione di energia elettrica”) è stata dedicata alla produzione di idrogeno da carbone. Le attuali tecnologie di produzione di idrogeno da carbone sono basate essenzialmente sulla gassificazione in ossigeno, seguita dal processo di shift del syn-gas prodotto. Queste tecnologie, pur consolidate, hanno elevati costi sia di installazione (complesse apparecchiature che operano ad elevate temperature e pressioni) che di esercizio (elevato consumo di elettricità del processo di frazionamento dell’aria).

L’obiettivo della Task è quello di sviluppare un processo di produzione di idrogeno da carbone operante a pressione atmosferica, basato sulla pirolisi, evitando quindi i costi legati alla produzione di ossigeno. L’efficienza del processo di pirolisi del carbone è ovviamente molto più bassa di quelli attualmente in uso, ma il costo sarebbe decisamente inferiore soprattutto nel caso in cui l’impianto di pirolisi fosse installato presso una centrale termoelettrica, dove i reflui energetici potrebbero essere proficuamente sfruttati. Il presente Rapporto riguarda lo studio di un processo innovativo di produzione di idrogeno basato sulla pirolisi del carbone e la caratterizzazione dei meccanismi di base del fenomeno, in vista della realizzazione di un modello integrato di simulazione del processo. Il sistema studiato consiste in un processo di pirolisi in cui in assenza di aria ed in condizioni atmosferiche avviene la devolatilizzazione del carbone a temperatura intorno a 700-800 °C con produzione di syn-gas e separazione del residuo carbonioso (char). Il calore necessario al processo di pirolisi viene fornito dalla combustione del char in un apposito combustore a letto fluido operante a temperatura di circa 900 °C e veicolato nel reattore di pirolisi attraverso un inerte, che può essere costituito dalla sabbia o dalle stesse ceneri del carbone. È stato definito lo schema funzionante del processo suddetto e sono state individuate le correlazioni per descrivere il funzionamento dal punto di vista fluidodinamico e cinetico.