Nei precedenti capitoli sono state affrontate le seguenti problematiche:

Capitolo 5

Conclusioni

Nei precedenti capitoli sono state affrontate le seguenti problematiche:

- Nel primo capitolo sono stati studiati alcuni dei processi termochimici maggior- mente utilizzati, per risolvere il problema della scissione dell’acqua in idrogeno ed ossigeno. Tra tutti si è scelto di utilizzare il ciclo dello zolfo iodio, come modello per la simulazione.

- Nel secondo capitolo sono state evidenziate le problematiche affrontate da altri autori nella compilazione di una simulazione rigorosa di un processo di water- splitting. Innanzi tutto, a differenza dei modelli sviluppati in questo lavoro, non sono stati realizzati come modelli di simulazione a ciclo chiuso, a causa delle difficoltà nel riuscire a chiudere completamente i ricicli e inoltre sono state riscontrate problematiche nella corretta modellazione di alcune separazioni.

- Nel terzo capitolo è stato analizzato il modello Sulfur-Iodine, in particolarmodo sono state riportate le problematiche affrontate nella costruzione del modello di simulazione chiuso, come corretta modellazione delle separazioni a causa della presenza di comportamenti non ideali (ad esempio azeotropi e presenza di diverse fasi liquide immiscibili fra loro) che difficilmente sono state catturate dal modello termodinamico del simulatore.

- Nel quarto capitolo sono stati riportati i dati delle variazioni del lavoro, del calore e dell’efficienza, per i modelli di simulazione in presenza o assenza dei recuperi termici. Inoltre e stato effettuato uno studio parametrico sul loro comportamento al variare di n e x, cioè l’eccesso di acqua e di iodio all’interno del ciclo.

- Nel quinto capitolo sono stati riportati i dati ricavati dallo sviluppo e dall’analisi del modello di simulazione.

Il presente lavoro di tesi è stato sviluppato sull’analisi della modellazione, in Aspen Hysys ^

, di un impianto basato sul ciclo Sulfur-Iodine di water-splitting. Allo scopo

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sono stati sviluppati i modelli delle tre sezioni caratterizzanti il ciclo e riunite tramite un unico riciclo, in modo da ottenere un ciclo chiuso e sono state effettuate simulazioni in diverse condizioni di eccessi di acqua e iodio, senza però considerare le variazioni di energia solare, dovute ai diversi periodi dell’anno. Per ogni condizione di eccessi analizzata, considerando una produzione fissa di idrogeno, sono stati ottenuti diversi risultati, tra cui il calore consumato, il lavoro consumato e l’efficienza d’impianto.

L’efficienza di impianto valutata sul potere calorifico inferiore dell’idrogeno è definita come:

η% =

 LHV _H

· ˙m _H

W ˙ _tot + ˙Q _tot



· 100

Risulta essere variabile nell’intervallo 8,5 ÷20,3%, a seconda degli eccessi utilizza- ti, nella condizione in cui non sono previsti recuperi di calore. Mentre risulta essere variabile tra 49,0 ÷56,0%, nella condizione in cui si prevedono recuperi termici. Sulla base dei dati ottenuti è possibile stimare che nelle condizioni migliori di efficienza la quantità totale di calore e lavoro per una produzione di idrogeno pari a circa 362,8 kg/h è di 7,77E+07 kJ/h mentre nelle condizioni peggiori è di 5,10E+08 kJ/h. E’

interessante paragonare i risultati ottenuti con altri valori di efficienza trovati. Un esempio può essere la simulazione ad opera di [3], di produzione dell’idrogeno tramite il ciclo Westinghouse abbinato ad un reattore di concentrazione solare, in cui si ottiene una efficienza variabile tra 26 ÷32%, a seconda dell’ora e del periodo dell’anno, su una produzione annua di 350 ton/anno. Altri metodi, attualmente in uso, per la produzio- ne dell’idrogeno possono essere lo steam reforming, che utilizza come materie prime gas naturale e acqua, per dare come prodotti finali idrogeno ed anidride carbonica;

ottenendo come efficienza il 65 ÷75% [36]. Bisogna notare che il processo di steam reforming da un lato offre una efficienza migliore, però dall’altro non va dimenticato che viene prodotta anche l’anidride carbonica che è la principale causa dell’effetto serra.

Particolarmente difficili da simulare risultano essere stati alcuni processi di sepa- razione, i quali sono stati ipotizzati con dei componenti splitter: La separazione del I 2 dalla miscela HI x ; la separzione delle due miscele acide; la separazione dell’idroge- no dallo iodio e dell’acido iodidrico. Questo è dovuto al fatto che il simulatore non riconosce il composto HI _x e che inoltre il composto H ₃ PO ₄ è stato inserito in Aspen Hysys ^

come componente ipotetico, inserendo solamente alcune caratteristiche. vedi capitolo 3.3

Concludendo, il modello in presenza di recuperi termici ha offerto un buon grado

di efficienza. Inoltre, a differenza dei modelli di simulazione riportati in letteratura, il

ciclo è stato realizzato con un modello effettivamente chiuso, che offre un buon grado

di stabilità, eliminando una delle maggiori difficoltà riscontrate dalle altre simulazioni;

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quella di mandare a convergenza un modello di simulazione con ricicli, connessa alla corretta localizzazione delle cosiddette Tear Stream utilizzate da Aspen Plus ^

ed altri simulatori.

In questo lavoro, come descritto nel capitolo 3, particolare attenzione è stata rivolta nel posizionamento e nella riduzione dei blocchi di riciclo di Aspen Hysys ^

(analo- ghi alle Tear Stream negli altri simulatori) in modo da poter realizzare i modelli a ciclo effettivamente chiuso senza incorrere nei problemi di convergenza riportati nella letteratura.

Ulteriori studi andrebbero riversati su di una analisi dinamica del modello, inse-

rendo i dati di insolazione della nazione italiana, in diverse ore del giorno e nei diversi

mesi dell’anno, per una analisi più approfondita sull’efficienza del ciclo.