LA2.4.2 – Studio e sviluppo di modelli di ottimizzazione di stazioni di rifornimento a idrogeno (HRS) alimentate da fonti rinnovabili on-grid e off-grid o da feedstock alternativi (biofuel, e-fuel)

Attività

L’attività è finalizzata allo studio, al dimensionamento e all’ottimizzazione di stazioni di rifornimento di idrogeno verde (HRS) con produzione on-site, alimentate da fonti rinnovabili non programmabili, quali fotovoltaico ed eolico, o da feedstock alternativi, quali biofuel ed e-fuel. Saranno definite e confrontate diverse configurazioni impiantistiche, considerando tecnologie di produzione dell’idrogeno per via elettrolitica e termochimica, differenti soluzioni di compressione e accumulo e modalità di funzionamento on-grid e off-grid. Saranno sviluppati modelli numerici per il dimensionamento delle HRS e l’ottimizzazione delle condizioni operative, tenendo conto dei profili giornalieri di rifornimento, della disponibilità delle fonti rinnovabili, della taglia e della dinamica dei componenti e della gestione dei flussi energetici. Le configurazioni individuate saranno analizzate dal punto di vista tecnico, economico e ambientale, valutando consumi energetici, levelized cost of hydrogen (LCOH), Life Cycle Cost (LCC) e sostenibilità mediante analisi WTW e LCSA. Saranno inoltre condotte analisi di sensitività per identificare i parametri maggiormente influenti sulle prestazioni e sui costi. L’obiettivo finale è individuare le soluzioni tecnologiche e le strategie operative più efficaci per minimizzare consumi, costi ed emissioni, sviluppando metodologie e strumenti numerici a supporto della progettazione, realizzazione e gestione delle HRS

Risultati

Le attività hanno consentito di sviluppare modelli numerici per il dimensionamento e la valutazione di diverse tipologie di stazioni di rifornimento di idrogeno con produzione direttamente in sito. Sono state confrontate soluzioni basate su elettrolisi dell’acqua alimentata da fonti rinnovabili, reforming del biogas e cracking dell’ammoniaca, considerando sia stazioni collegate alla rete elettrica sia sistemi autonomi. Lo studio ha riguardato anche la linea di rifornimento, evidenziando consumi di compressione compresi tra circa 110 e 162 MWh/anno: il sistema booster è risultato il meno energivoro, mentre la configurazione a cascata ha mostrato un buon compromesso tra consumi, gestione delle pressioni e continuità del servizio. Dal confronto delle tecnologie di produzione emerge che le soluzioni basate sull’ammoniaca presentano consumi particolarmente contenuti, pari a circa 46–48 kWh per kg di idrogeno nelle configurazioni collegate alla rete, mentre le soluzioni basate sull’elettrolisi si attestano intorno a 62–67 kWh/kg. L’analisi economica ha inoltre evidenziato un significativo effetto scala: aumentando la capacità della stazione diminuiscono il costo dell’idrogeno e i tempi di recupero dell’investimento. Le configurazioni collegate alla rete risultano generalmente più competitive e, per le stazioni di grande taglia, quasi tutte raggiungono costi inferiori a 8 €/kg di idrogeno, con valori minimi prossimi a 7 €/kg e tempi di ritorno dell’investimento che, per le soluzioni più favorevoli, scendono a circa 7 anni. Le configurazioni autonome risultano invece più onerose, ma diventano economicamente più interessanti all’aumentare della taglia e possono rappresentare una valida soluzione quando l’indipendenza dalla rete costituisce un requisito prioritario.

In collaborazione con:

Università di Cassino e del Lazio Meridionale

Documenti