Sviluppo di un modello di ottimizzazione per l’adozione di idrogeno nelle industrie ad alta temperatura.

Abstract

Il presente elaborato è stato sviluppato a partire dall’attività di tirocinio, della durata di tre mesi, condotta presso l’unità Carbon Reduction Excellence di RINA, durante la quale ho avuto modo di approfondire il tema della riduzione di emissioni di gas a effetto serra attraverso l’utilizzo di idrogeno, in particolare, da parte delle industrie con processi ad alta temperatura. Queste tipologie di industrie, infatti, presentano diverse difficoltà tecniche nell’elettrificazione completa dei propri processi, obbligando a vagliare ogni soluzione alternativa per la minimizzazione delle emissioni di GHG. Per il raggiungimento di elevati obiettivi di sostenibilità, una possibile strada che le industrie ad alta temperatura possono intraprendere è quella dell’adozione dell’idrogeno come vettore energetico, in completa o parziale sostituzione di vettori non rinnovabili. Una modifica così repentina degli impianti non sarebbe però sostenibile dalla maggior parte delle organizzazioni che sono infatti costantemente portate a confrontarsi con il mercato e con la conseguente necessità di perseguire il risultato economico. È quindi compito dei governi centrali accompagnare le industrie nella transizione all’utilizzo di vettori energetici puliti tramite finanziamenti, incentivi, ma anche tassazioni specifiche sulla base delle tonnellate di gas climalteranti emesse. A tal proposito, nel corso del tirocinio prima, e della tesi dopo, è stato sviluppato un modello per la riduzione delle emissioni di gas climalteranti di un’acciaieria grazie all’adozione di idrogeno nei processi produttivi. Il modello è funzionante su Excel ed è in grado di calcolare, tramite determinati parametri di input, le componenti percentuali di una miscela idrogeno – metano da adottare anno per anno nei processi di combustione, con l’obiettivo di massimizzare il flusso di cassa operativo e diminuire le emissioni di gas climalteranti.

This paper was developed from a three-month internship at RINA's Carbon Reduction Excellence unit, which during I had the opportunity to explore the issue of reducing greenhouse gas emissions through using hydrogen, particularly by industries with high-temperature processes. These types of industries, in fact, present various technical difficulties in the complete electrification of their processes, forcing them to examine every alternative solution for minimising GHG emissions. In order to achieve high sustainability goals, one possible route that high-temperature industries can follow is the adoption of hydrogen as an energy vector, fully or partially replacing non-renewable vectors. Such a sudden change of systems would not, however, be sustainable for most organisations, which are in fact constantly confronted with the market and the consequent need to pursue the economic result. It is therefore up to central governments to accompany industries in the transition to the use of clean energy carriers through funding, incentives, but also specific taxation based on the tonnes of climate-changing gases emitted. In this regard, a model was developed during the internship first, and the thesis later, for the reduction of climate-changing gas emissions of a steel plant through the adoption of hydrogen in production processes. The model runs on Excel and can calculate, using certain input parameters, the percentage components of a hydrogen – methane mixture to be adopted year by year in the combustion processes, with the aim of maximising the operating cash flow and reducing climate-changing gas emissions.