Sommario e Abstract
SOMMARIO
I processi termochimici solari di water-splitting (WSTC) permettono di produrre idrogeno dalla termolisi dell’acqua ad una temperatura accettabile (inferiore a 1500
°C), eliminando anche problemi inerenti alla separazione ad alta temperatura della miscela esplosiva O2/H2.
La realizzabilità di ogni WSTC dipende in particolar modo da due fattori:
ottenimento di rendimenti energetici elevati e fattibilità operativa. Il presente lavoro di tesi, svolto in collaborazione con il Centro Ricerche ENEL di Pisa, si propone di valutare la realizzabilità di dieci processi di WSTC proposti in letteratura e ritenuti particolarmente interessanti. Allo scopo è stata effettuata una dettagliata analisi termodinamica dei cicli investigati. L’analisi termodinamica è stata anche applicata ai processi di termolisi diretta dell’H2O e dell’H2S. Per ogni ciclo, sono stati valutati oltre ai rendimenti exergetici ed energetici, le irreversibilità ideali in ogni fase del ciclo, la potenza solare di ingresso, le perdite per irraggiamento del reattore solare e la composizione all’equilibrio delle specie chimiche all’interno di tale reattore. Per il confronto della fattibilità operativa dei WSTC selezionati, è stato definito un criterio di selezione e implementato attraverso una funzione matematica di desiderabilità (DMF), che assegna un punteggio globale ad ogni processo esaminato.
1
Sommario e Abstract
ABSTRACT
The solar water-splitting thermochemical cycles (WSTC) allow to generate H2 by water thermolysis at reasonable temperatures (below 1500 °C), avoiding also the problems related to the separation of O2/H2 explosive mixtures.. The viability of any WSTC depends mainly on two factors: high overall energy efficiency and operational feasibility.
The aim of the thesis, carried out in collaboration with ENEL Research Centre of Pisa, is to analyse the viability of ten WSTC, which appear to be among the most promising of those proposed in the literature. The thermodynamic analysis has been also applied to direct thermolysis of H2O and H2S. For each cycle, the thermodynamic analysis has been conducted to evaluate energetic and exergetic efficiency, ideal irreversibility in each step of the process, solar reactor power input, solar reactor power re-radiated and equilibrium chemical composition inside the solar reactor.
In order to compare the operational feasibility of the investigated WSTC’s a set of selection criteria has been defined and implemented through specific desirability mathematical functions (DMF), so that a final weighted score for each cycle has been established.
2
