Obiettivo 1: Produzione di idrogeno verde e pulito
REFERENTE/I
Giuseppina Vanga – ENEA
giuseppina.vanga@enea.it
Attività
Sviluppo e sperimentazione di materiali e tecnologie per la produzione termochimica di idrogeno (H2) da biomasse residuali, mediante processi di gassificazione e reforming intensificati dalla cattura in situ della CO2 (reforming di metano di origine biologica mediante vapore (Sorption Enhanced Steam Methane Reforming, SE-SMR e Sorption Enhanced Gasification, SEG).
1. Sviluppo di materiali bi-funzionali sorbente-catalizzatore;
2. Validazione sperimentale di SE-SMR e SEG su prototipi di reattore;
3. Modellazione integrata MATLAB-Aspen Plus dell’intero Balance of Plant su scale differenti, da 100 kWth a 10 MWth;
4. Modellazione Computational Particle Fluid-Dynamics (CPFD) per lo scale-up del processo; Integrazione dei processi studiati per la decarbonizzazione dei settori hard-to-abate
Figura 1
Tecnologie e prodotti della LA
Risultati
1. I materiali sviluppati per le reazioni di SEG e SE-SMR, a base di CaO supportato su mayenite e perovskite calcio-zirconato, presentano granulometria idonea per l’impiego in letti fluidizzati (≈ 550 μm), area superficiale necessari a garantire un’adeguata resistenza meccanica (< 10 m²/g), capacità di cattura stabile nei primi cicli con successiva perdita di prestazioni associata a sinterizzazione e disattivazione del sorbente.
2. I test SE-SMR in reattore a letto fisso mostrano conversioni del CH4 stabili e comparabili per entrambi i materiali, con attività mantenuta per almeno 15 cicli, anche dopo l’esaurimento della capacità di cattura del sorbente. I test SEG in reattore a tamburo rotante rivelano la produzione di un syngas ricco in H2 con prestazioni migliori per le formulazioni catalizzate.
Figura 2
Sviluppo di materiali
3. Il framework integrato MATLAB-Aspen Plus del processo su tre scale mostra prestazioni avanzate producendo un syngas ricco di idrogeno (~80% su base secca) e idrogeno puro al 99,95% tramite PSA; il costo livellato dell’H2 diminuisce con l’aumentare della scala, fino a 4,54 €/kgH2 a 10 MWth, risultando competitivo con i costi di produzione a basse emissioni.
4. I risultati del modello CPFD del gassificatore ZECOMIX mostrano una produzione stabile di H₂ (~65% in syngas, base secca), la rigenerazione completa del sorbente nel calcinatore con trasporto continuo verso il gassificatore, dimostrano l’efficacia dell’ottimizzazione delle condizioni operative per lo scale-up.
5. L’applicazione di tecnologie di cattura della CO2 basate su sorbenti a base di calcio (Calcium Looping) al settore vetrario, valutata mediante analisi tecno-economica, evidenzia una riduzione delle emissioni di CO2 pari all’80%, a fronte di un incremento del costo di produzione.
Figura 3
Analisi tecnico economica delle tecnologie sviluppate
Team di ricerca
Giuseppina Vanga (ENEA)
Umberto Pasqual Laverdura (ENEA)
Francesca Famà (ENEA)
Giorgio Calchetti (ENEA)
Di Nardo Antonio (ENEA)
Eugenio Giacomazzi (ENEA)
Andrea Assettati (ENEA)
Giuliano Guidarelli (ENEA)
Domenico Borello (Università La Sapienza- Roma)
Orlando Palone (Università La Sapienza- Roma)
Andrea Di Carlo (Università degli Studi dell’Aquila)
Alessandro Antonio Papa (Università degli Studi dell’Aquila)
Armando Vitale ( Università degli Studi dell’Aquila )
Emanuele Di Bisceglie (PhD- Università degli Studi dell’Aquila)
In collaborazione con:
Università La Sapienza e Università degli Studi dell’Aquila
Documenti
Green Hydrogen Production by Sorption Enhanced Gasification Combined with Sorption Enhanced Reforming” Umberto Pasqual Laverdura,S. Stendardo, E. C. Zuleta, A. Varotto,R. Chierchia,G. Vanga ,M.L.Grilli 18th ICC – INTERNATIONAL CONGRESS ON CATALYSIS LYON 2024 Poster
Optimizing technical and economic performance of carbon capture systems for natural gas combined cycle power plants, Francesca Rita Famà, Daniele Ferrario, Umberto Pasqual Laverdura, Maria Luisa Grilli, Giuseppina Vanga, SDEWES2026.0071, 21th Conference on Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems (SDEWES) 2026 Oral
Techno-economic assessment of the retrofit of a natural gas combined cycle for variable load operations, Francesca Rita Famà, Umberto Pasqual Laverdura, Maria Luisa Grilli, Giuseppina Vanga, Energy Conversion and Management: X Volume 31 (2026) 101996 Journal paper
Experimental study and modeling of Sorption-Enhanced SMR using Ni/CaO–mayenite combined material, Francesca Rita Famà, Umberto Pasqual Laverdura, Claudio La Rosa, Alessio Varotto, Giuseppina Vanga, Maria Luisa Grilli, 141676, 4th International Sustainable Energy Conference (ISEC) 2026, Poster
Techno-economic assessment of the retrofit of a natural gas combined cycle for variable load operations, Francesca Rita Famà, Umberto Pasqual Laverdura, Claudio La Rosa, Maria Luisa Grilli, Giuseppina Vanga, SDEWES2025.0622, 20th Conference on Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems (SDEWES) 2025 Oral
Blue hydrogen production via Steam Methane Reforming with CO₂ capture and Sorption Enhanced SMR: a techno-economic analysis, Francesca Rita Famà Famà, Umberto Pasqual Laverdura, Maria Luisa Grilli, Giuseppina Vanga, NanoInnovation 2025 Oral
CO2 Capture-Integrated Gasification of Hazelnut Shells: Process Performance Investigation via a Hybrid MATLAB–Aspen Modelling and Techno-Economic Evaluation, E.Di Bisceglie, A.Vitale, F.R.Famà, A.A.Papa, U.P.Laverdura, M.L.Grilli, A.Di Carlo, G.Vanga, Clean Technologies 8 (4), 128 Journal paper
BIOMASS-TO-HYDROGEN CONVERSION VIA SORPTION-ENHANCED GASIFICATION: EXPERIMENTAL RESULTS FROM HORIZON AND ITALIAN PROJECTS U.P. Laverdura1, E.Di Bisceglie, E.C. Zuleta, A. A. Papa, G. Vanga, A. Di Carlo, M. L.Grilli Proceedings of SEEP 2026, 20–23 July 2026, Tor Vergata University, Rome, Italy.
Assessing container glass production decarbonization through amine scrubbing, calcium looping and electrification: a comparative techno-economic analysis, O Palone, L Mecucci, L Cedola, G Vanga, D Borello. Journal of Cleaner Production 570, 148702 Journal paper
