Il rapporto illustra uno studio svolto dal CESI nell’ambito del Sottoprogetto GEN21 CO2 della Ricerca di sistema (RdS), dal titolo "Mitigazione emissioni di CO 2 nella generazione di energia elettrica". In tale sottoprogetto uno dei temi di interesse è la valutazione tecnica ed energetica di alcune possibili opzioni per la riduzione delle emissioni di CO 2 mediante sistemi di cattura della stessa a monte del processo di combustione. Nel rapporto è riportata in particolare l’analisi modellistica di una possibile configurazione di impianto integrato di gassificazione del carbone e ciclo combinato (IGCC), nel quale la CO 2 è separata dal singas combustibile mediante un sistema di separazione innovativo, che nel caso in esame è basato sulla tecnologia emergente dei sistemi a membrane per la separazione diretta, ad alta temperatura, dell’idrogeno. Tale analisi integra quanto fatto nel corso del 1° periodo di RdS (progetto SOSTE, sottoprogetto EMICO) relativamente alla analisi modellistica di impianti IGCC con sistemi di separazione convenzionale. L’impianto modellizzato è essenzialmente costituto da un sistema di produzione dell’ossigeno mediante distillazione frazionata dell’aria, da un sistema di gassificazione del carbone con ossigeno e vapor d’acqua seguito da un reattore di shift del CO, dal citato sistema di separazione della CO 2 dall’idrogeno, da un generatore turbogas alimentato dall’idrogeno, da un secondo generatore TG (con combustore catalitico ad ossigeno) sulla corrente di CO 2 e da un generatore di vapore a recupero (GVR) che alimenta una turbina a vapore. Nella configurazione modellizzata il separatore a membrana è del tipo "sulfur tolerant", per cui non viene effettuata la separazione dal singas dei composti solforanti, che si ritroveranno quindi alla fine nella corrente di CO 2 da inviare a confinamento. Lo studio ha comportato anzitutto l’identificazione e la parziale l’ottimizzazione dei parametri funzionali del separatore a membrana, ed in particolare la pressione totale del flusso di idrogeno estratto e la quantità di inerte da miscelare ad esso per favorirne l’estrazione e/o per controllare la formazione di NO x nel combustore del TG. Considerando l’efficienza non unitaria sia del reattore di shift del CO, sia del sistema di separazione dell’idrogeno, la corrente ricca di CO 2 in uscita dal separatore contiene residui di idrogeno e CO che devono essere eliminati ma per quanto possibile energeticamente valorizzati. Ciò è stato ottenuto mediante una loro combustione catalitica, che è stata effettuata con ossigeno puro anziché con aria anche per non introdurre azoto nella corrente di CO 2 . L’energia ottenuta dalla combustione viene parzialmente recuperata, con ulteriore produzione di energia elettrica, mediante una espansione in turbina della corrente calda, seguita da una produzione di vapore a bassa pressione da inviare alla TV. Le modellazioni eseguite hanno permesso di quantizzarne sia le potenze generate ed il rendimento elettrico conseguibili con l’impianto, sia la potenziale cattura della CO 2 prodotta. La potenza elettrica netta generabile dall’intero impianto è risultata pari a circa 280 MW e , con un rendimento globale (riferito al PCI del carbone entrante) pari a circa 45 %. Quest’ultimo valore, pur essendo ovviamente inferiore rispetto a quello di un IGCC allo stato dell’arte senza separazione della CO 2 , è particolarmente promettente se confrontato con quelli ottenibili mediante tecnologie di cattura tradizionali, che sono di parecchi punti percentuali inferiori.

Nel suo complesso l’impianto consente la cattura di una frazione superiore al 98 % della CO 2 prodotta dal carbone entrante. La corrente di CO 2 uscente (che contiene una piccola percentuale di SO 2 ), è già compressa a 150 bar e pronta per essere inviata al confinamento definitivo.