Analisi comparativa dei processi di cattura della CO₂ da gas di scarico in impianti di produzione di energia da biomassa con solventi amminici e con celle a carbonati fusi (MCFC)

Abstract

Le crescenti preoccupazioni dovute al cambiamento climatico hanno portato all'adozione di politiche volte a ridurre le emissioni di gas serra, in particolare di anidride carbonica (CO2). Il settore energetico, che è la principale fonte di emissioni di CO2 al mondo, si sta muovendo verso l'introduzione di strategie di mitigazione. La cattura di CO2 in post- combustione è un'opzione praticabile per ridurre le emissioni senza implicare cambiamenti significativi nell'infrastruttura. In collaborazione con Fichtner Italia s.r.l, questa tesi propone due tecnologie di cattura del carbonio da applicare a valle di una centrale elettrica a biomassa: l'assorbimento a base di solventi amminici e le celle a combustibile a carbonati fusi (MCFC-Molten Carbonate Fuel Cell). L'uso dell'assorbimento con ammine è una soluzione ben nota grazie alla sua elevata selettività e versatilità, ma richiede un'elevata domanda di energia per la rigenerazione del solvente. D'altra parte, le celle MCFC offrono un nuovo concetto di integrazione della cattura di CO2 con la produzione di energia per migliorare l'efficienza del sistema. La soluzione proposta con celle a combustibile a carbonati fusi si basa sulle conoscenze maturate presso il gruppo di ricerca PERT dell'Università di Genova, che vanta una consolidata esperienza nelle celle a combustibile ad alta temperatura e nei sistemi di cattura della CO2. Queste due tecnologie vengono confrontate in termini di efficienza di cattura, domanda energetica e purezza della CO2 separata attraverso la modellazione in DWSIM, un software open source per la simulazione di processo.

Growing threats against climate change have resulted in policies being adopted to decrease the emission of greenhouse gases, especially carbon dioxide (CO2). The energy sector, which is the major source of CO2 emissions in the world, is moving towards the introduction of mitigation strategies. The post-combustion carbon capture is a viable option that can reduce emissions without implying significant changes in the infrastructure. In collaboration with Fichtner Italia s.r.l, this thesis proposes two carbon capture technologies to be applied downstream of a biomass-based power plant: amine solvent- based absorption and Molten Carbonate Fuel Cells (MCFCs). The use of amine absorption is a well-known solution due to its high selectivity and versatility but requires high energy demand for solvent regeneration. On the other hand, MCFC offers a novel concept of integrating CO2 capture with power production to enhance the system efficiency. The proposed MCFC-based solution derives from the knowledge gained at the PERT research group of the University of Genoa, which has consolidated experience in high temperature fuel cells and CO2 capture systems. These two technologies are compared in terms of capture efficiency, energy demand and separated CO2 purity through modelling in DWSIM, an open-source process simulation software.