1 Introduzione

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Come è noto, oggi in Italia, oltre ad utilizzare in modo limitato il carbone e non possedere impianti nucleari, importa la quasi totalità dell’ energia elettrica utilizzata. Ciò rende il nostro paese soggetto agli eventi che condizionano il mercato internazionale, quindi ne consegue un prezzo dell’energia elettrica sensibilmente più alto rispetto alla media europea. Per contenere questo fenomeno occorre incoraggiare il risparmio energetico e diversificare le fonti, con particolare attenzione verso quelle tecnologie in grado di sostituire nel tempo i combustibili fossili, che come è noto avranno una durata limitata. In questo periodo di transizione il carbone diviene una opzione piuttosto interessante. Infatti questo combustibile, ampiamente disponibile in natura ( si stima che agli attuali ritmi di consumo possa durare ancora circa 140 anni) e distribuito in modo più uniforme rispetto al petrolio e al gas naturale, permette una maggiore stabilita dei prezzi e rappresenta una risorsa sicura dal punto di vista strategico. Le maggiori emissioni di inquinanti e di gas serra (prevalentemente CO2 ) del carbone rispetto

al petrolio e al gas naturale hanno spinto numerosi paesi industrializzati a ridurre progressivamente l’uso di tale combustibile, nonostante esso si di gran lunga il più abbondante e il più omogeneamente distribuito del pianeta. Questa strategia, pur efficace su scala locale, non ha prodotto alcun vantaggio su scala mondiale, dal momento che l’utilizzo del carbone, con tecnologia spesso inappropriate è lasciato ai paesi in via di sviluppo. Al giorno d’oggi, visto il preoccupante aumento del prezzo di petrolio e gas naturale, essenzialmente dovuto a complessi fenomeni di tipo geopolitico e visto che durata convenzionale e distribuzione del carbone sono nettamente maggiori rispetto a quelle degli altri combustibili tradizionali, la situazione sta cambiando velocemente.

In effetti, in attesa di applicare su larga scala tecniche per la produzione di energia basate interamente su fonti rinnovabili o sul nucleare, il sempre maggiore fabbisogno energetico e la sempre maggiore attenzione alle problematiche di tipo ambientale, hanno dettato l’esigenza di sviluppare nuove tecnologie in grado di estrarre, trattare e utilizzare ( in particolare dal punto di vista della produzione di energia elettrica) il carbone in maniera efficiente con emissioni limitate.

Tali tecnologie sono dette “clean coal technologies” e per quanto riguarda la produzione di energia elettrica possono essere suddivise in tre categorie: impianti a vapore supercritici a

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2 polverino di carbone, combustione in letto fluido , gassificazione. Tutte e tre consentono la produzione di energia elettrica con efficienze comprese tra il 40 e il 50%. Nel caso della gassificazione, oltre all’energia elettrica, è possibile utilizzare il gas di sintesi per produrre vettori energetici ad alta valenza ambientale quali idrogeno, metanolo, dimetiletere e benzine sintetiche Fig 1.1. La gassificazione consente, inoltre, l’utilizzo di materie prime altrimenti poco utili come combustibili, quali biomasse e rifiuti organici.

Si prevede che nel prossimo futuro le tecnologie di gassificazione subiranno un forte incremento, proprio per la loro efficienza energetica, la loro versatilità e le possibilità che offrono per quanto concerne la salvaguardia ambientale.

Figura 1.1 Possibili impieghi del syngas

L’obiettivo di questa tesi è lo sviluppo e l’analisi parametrica di un modello matematico in grado di simulare il comportamento dinamico di un gassificatore updraft a letto fisso alimentato a carbone e aria o, in alternativa, una miscela aria-vapore.

Lo scopo dello studio è quello di prevedere il comportamento del gassificatore in seguito alla variazione dei parametri di alimentazione (carbone e aria). Il modello è stato sviluppato e

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3 implementato in ambiente Matlab®, software prodotto dalla MathWorks®, con l’ausilio di Simulink® come piattaforma di simulazione.

Per rendere più immediato l’inserimento dei parametri di ingresso da parte dell’operatore, il modello è dotato di una interfaccia utente dove modificare direttamente tali valori. Tale interfaccia è anche in grado di visualizzare, una volta terminata la simulazione, i profili nel tempo e lungo il letto delle variabili di uscita del modello.