Il rapporto illustra uno studio svolto dal CESI nell’ambito del Sottoprogetto GEN21 CO2 della Ricerca di sistema (RdS), dal titolo "Mitigazione delle 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 (decarbonatazione del combustibile antecombustione). Gli studi e le analisi già precedentemente svolti [1], [2] hanno evidenziato che, ai fini della cattura della CO 2 nei processi di produzione di energia elettrica mediante impianti a ciclo combinato alimentati a gas naturale (GTCC), è preferibile adottare una tecnica di decarbonatazione del combustibile, anziché ricorrere all’estrazione della CO 2 dai fumi. Si evita in tal modo di dover trattare (mediante processi particolarmente energivori ed impiantisticamente molto costosi) ingenti volumi di fumi nei quali la CO 2 è estremamente diluita. Tra le tecnologie di decarbonatazione applicabili al gas, quella più facilmente realizzabile passa attraverso la sua trasformazione in idrogeno e CO 2 , con successiva separazione dei due gas ed invio dell’idrogeno alla combustione nel gruppo TG del ciclo combinato. Il primo passaggio della trasformazione chimica del gas naturale in un gas ricco di idrogeno è tecnicamente noto col nome di "processo di reforming". In questo studio sono state modellate tre possibili configurazioni di impianti di generazione GTCC alimentati da gas sintetici (sostanzialmente idrogeno) prodotti mediante due diversi processi di reforming del gas naturale associati, per rendere più facilmente confrontabili le due tecnologie, al medesimo sistema (assorbimento chimico tramite soluzione DEA) di separazione tra CO 2 e idrogeno. Tra le possibili tecnologie di reforming applicabili sono state scelte quelle più diffuse e promettenti dai punti di vista tecnologico, energetico ed economico. E’ stata anzitutto considerata la produzione di idrogeno da gas naturale mediante un reforming ad ossidazione parziale catalitica (POX o POR) con aria, seguito da due stadi standard di shift del CO e successiva separazione CO 2 -idrogeno mediante un convenzionale processo DEA. Il reformer POX era già stato peraltro identificato in uno studio precedente [2] come soluzione potenzialmente più promettente, almeno dal punto di vista energetico, rispetto al più tradizionale steam reforming (SR). Le prestazioni elettriche, energetiche ed ambientali di un impianto basato sulla prima tecnologia sono state poi confrontate con quelle ottenibili da due configurazione più convenzionali, basate entrambe su un processo di steam reforming e shift bistadio, sempre seguiti dalla separazione dell’idrogeno con processo

DEA: le due configurazioni si distinguono per le diverse modalità di alimentazione del combustibile al bruciatore utilizzato per fornire il calore di reazione al processo di reforming, che come noto è un processo endotermico. In un caso viene fornito al combustore lo stesso gas naturale alimentato all’impianto e prelevato subito prima del processo di reforming; nell’altro caso il combustibile (in questo caso essenzialmente idrogeno) viene prelevato a valle del processo di assorbimento chimico (DEA) e prima del compressore che alimenta il combustore del turbogas. Dai risultati ottenuti dalle modellazioni effettuate, pur tenendo conto anche delle inevitabili incertezze associate ad alcuni parametri di prestazione assunti nei calcoli, è stato possibile identificare la configurazione d’impianto, e quindi il processo di reforming, che presenta le migliori chance in termini di efficienza elettrica ed energetica associate ad elevate percentuali di cattura della CO 2 . Le simulazioni hanno confermato che il reforming ad ossidazione parziale con aria, oltre a consentire una miglior efficienza energetica di conversione del gas naturale in idrogeno, ed una miglior efficienza elettrica globale dell’impianto di generazione, consente anche una migliore efficienza di rimozione della CO 2 . Questi risultati si ottengono anche grazie ad alcune differenze nelle configurazioni dei cicli di generazione (TG + TV), derivanti dal tipo di processo di reforming adottato. Ad esempio, l’aria necessaria al POX è spillata direttamente dalla mandata del compressore del TG ed inoltre l’idrogeno prodotto dallo stesso POX è già diluito con azoto, in modo tale da poter essere inviato al combustore del TG; mentre quello prodotto dallo SR deve essere diluito con vapore spillato dal ciclo (per il controllo degli NO x ), operazione che ovviamente comporta una differenza di rendimento e di prestazioni del ciclo a vapore stesso.