Analisi dei processi di cracking dell'ammoniaca abbinati alle tecnologie delle celle a combustibile

Abstract

L’ammoniaca è un promettente vettore energetico: facile da stoccare, prodotta a livello globale e caratterizzata da un’elevata densità volumetrica di idrogeno. In questa tesi viene affrontato il cracking dell’ammoniaca, ovvero il processo inverso della sintesi del composto, che consente di convertire l’ammoniaca nei suoi elementi costitutivi: idrogeno e azoto. Nella prima parte della tesi sono riportate le informazioni teoriche per il processo di cracking: condizioni operative, catalizzatori e tipologie di reattori, quest’ultimi sono descritti sia a livello di letteratura, con riferimento a diversi casi studi, sia a livello pratico con le soluzioni proposte oggi da alcune aziende. L’idrogeno prodotto dal cracking dell’ammoniaca può essere utilizzato per alimentare celle a combustibile, di cui è riportata una descrizione teorica. In base alla tipologia di cella a combustibile da alimentare, i prodotti del processo, in uscita dal reattore, vengono trattati diversamente: nella seconda parte della tesi sono riportati i layout d’impianto e i risultati delle simulazioni, effettuate con il software DWSIM, per poter alimentare una cella a combustibile ad ossidi solidi, una cella a combustibile con membrana a scambio protonico e una cella a combustibile alcalina.

Ammonia is a promising energy carrier: easy to store, globally produced and characterised by a high hydrogen volume density. This thesis deals with the cracking of ammonia, the reverse process of the compound's synthesis, which allows ammonia to be converted into its constituent elements: hydrogen and nitrogen. In the first part of the thesis, the theoretical information for the cracking process is given: operating conditions, catalysts and types of reactors, the latter are described both at a literature level, with reference to various case studies, and at a practical level with the solutions proposed today by some companies. Hydrogen produced by cracking ammonia can be used to power fuel cells, a theoretical description of which is given. Depending on the type of fuel cell to be fuelled, the process products leaving the reactor are treated differently. In the second part of the thesis, plant layouts and simulation results, carried out using DWSIM software, are given for fuelling a solid oxide fuel cell, a proton exchange membrane fuel cell and an alkaline fuel cell.