Valutazione Tecnica ed Economica per la Distribuzione di Idrogeno Verde ed E-fuels in Diversi Scenari Europei

Abstract

Argomento principale della tesi è la valutazione e l'analisi dei costi di distribuzione, ovvero di stoccaggio e trasporto, dell'idrogeno e di due suoi carrier: l'ammoniaca e il metanolo. Attraverso la consultazione di un'ampia bibliografia, sono stati valutati i costi capitali di investimento, i costi operativi e i costi energetici di ogni fase del processo di distribuzione; tali costi sono stati poi livellati rispetto alla massa trasportata annualmente. Una volta definiti i costi, è stato valutato quale tra le possibili opzioni risulti essere la più conveniente per diverse combinazioni di domande e distanze. Segue un confronto fra i tre carrier di energia: in questo caso i costi sono stati livellati sia in funzione del flusso di massa, sia in funzione del contenuto energetico di ogni carrier, includendo anche i costi di produzione. Nell’ultima parte, il modello costruito è stato applicato ad alcuni scenari di distribuzione europei, scegliendo come polo produttivo principale il parco energetico nel porto di Rotterdam e gli utenti finali saranno: stazioni di rifornimento distribuite in Liguria, un'acciaieria a Fos-sur-Mer e una a Dunkerque; per il secondo scenario sono stati considerati due poli produttivi: un impianto a San Roque, in Spagna, e uno a Chbika, in Marocco, entrambi con costi di produzione più bassi ma distanze da ricoprire maggiori. La modalità di trasporto più conveniente è stata individuata per ogni scenario; è stata eseguita inoltre un’analisi di sensibilità considerando la variazione del prezzo dell’elettricità e di come questi influenzino i costi finali.

The main focus of the thesis is the evaluation and analysis of the distribution costs, i.e. storage and transportation costs, of hydrogen and two of its carriers: ammonia and methanol. Through the consultation of an extensive bibliography, the capital investment costs, the operative costs and energy costs of every phase of the distribution process were evaluated, considering trucks, pipeline and ships as options. The calculated costs were levelized in function of the annually moved amounts. Once the costs were defined, an assessment was made to determinate the most cost-effective option for different combinations of demands and distances. A comparison between the three energy carriers follows: in this case the costs have been levelized in function of both the mass flowrate and the energy content of each carrier; production costs were also included. In the last part, the cost model has been applied to three European distribution scenarios. The main production hub is assumed to be the energy park in the port of Rotterdam, while the final users are: refuelling stations distributed throughout Liguria, a steel plant located in Fos-sur-Mer and one in Dunkerque. For the second scenario, two production hubs were considered: a plant in San Roque, Spain, and one in Chbika, Morocco, both with lower production costs but longer distances to cover. The most cost-effective mode was chosen for each scenario, also performing a sensitivity analysis considering the variation in electricity prices and how they affect the final costs.