IDROGENO VERDE DA BIOMASSE: PRODUZIONE E MISURA

The increasing global attention towards combating climate change has driven researchers worldwide to seek solutions for replacing fossil fuels, wherever possible, with renewable sources. One of the most significant renewable sources is hydrogen, which can be produced through various methods. In this study, ultra-pure green hydrogen was generated using thermochemical processes involving a pilot-scale updraft gasifier and a Pd-based membrane reactor for H₂ separation. Two gasification tests were conducted using hazelnut shells as biomass and a mixture of air and superheated steam as the gasification agent, with variations in the ER(H₂O). The syngas produced was collected from two different heights of the gasifier bed and then directed to a cracking reactor. The syngas obtained from the top of the gasifier and the syngas obtained from the cracking reactor were subsequently sent to the membrane reactor to assess H₂ permeation and the WGS performance, under different pressure, temperature, and steam flow conditions. Based on the experimental data collected, mass balances were performed to calculate the hydrogen yield achievable per kilogram of biomass in both the case of gasification followed by WGS in a membrane reactor, and in the more complex configuration that involves catalytic cracking of tars between the two stages. The yields were 30.7 g/kg of ultra-pure hydrogen and 57.4 g/kg of hydrogen in the retentate in the first case, and 65.9 g/kg of ultra-pure hydrogen and 59.2 g/kg of hydrogen in the retentate in the second case, demonstrating the influence of catalytic cracking on the increase of H2 concentration in the syngas obtained from gasification.

La crescente attenzione sul cambiamento climatico degli ultimi decenni ha spinto la ricerca a cercare di sostituire, ove possibile, i combustibili fossili con le fonti rinnovabili. Uno dei principali elementi attraverso il quale attuare questa transizione è l’idrogeno, con tutte le tecnologie per la sua produzione. L’obbiettivo di questo lavoro di tesi è stato la produzione di idrogeno verde ultra-puro attraverso processi termochimici effettuati in un impianto di gassificazione in scala pilota ed un reattore a membrana al palladio. Sono stati effettuati due test di gassificazione usando gusci di nocciole come biomassa ed una miscela di aria e vapore come agente gassificante. I test sono stati eseguiti variando il rapporto di equivalenza del vapore ed inviando il syngas, prelevato a due altezze diverse del letto, in un reattore di cracking. Il syngas ottenuto dal gassificatore ed il syngas ottenuto dal reattore di cracking sono stati inviati nel reattore a membrana per osservare la permeazione dell’idrogeno e le prestazioni della reazione di WGS, per differenti combinazioni di pressione, temperatura e portata di vapore. Sulla base dei dati sperimentali raccolti sono stati eseguiti bilanci di massa per calcolare la resa di idrogeno ottenibile per chilogrammo di biomassa sia nel caso di gassificazione e successiva WGS in un reattore a membrana, sia nella configurazione più complessa che prevede l’interposizione tra i due stati un cracking catalitico dei tar. Le rese sono state di 30.7 g/kg di idrogeno ultra-puro e di 57.4 g/kg di idrogeno nel retentato nel primo caso; e di 65.9 g/kg di idrogeno ultra-puro e di 59.2 g/kg di idrogeno nel retentato nel secondo caso, dimostrando l’influenza del cracking catalitico sull’aumento della concentrazione di H2 nel syngas ottenuto dalla gassificazione.