LA1.1.20 – Sviluppo di un processo d’idrogassificazione

Obiettivo 1: Produzione di idrogeno verde e pulito

REFERENTE/I

Alberto Giaconia – ENEA

alberto.giaconia@enea.it

Attività

La transizione verso un’economia a basse emissioni di carbonio richiede soluzioni innovative per valorizzare flussi di rifiuti misti non riciclabili e biomasse, oggi in gran parte non recuperati o trattati con processi ad alto impatto ambientale. La Linea di Attività LA1.1.20 del POR H2 si basa sull’esperienza ENEA nel campo dei processi di decarbonizzazione e punta a trasformare matrici carboniose (biomasse residuali, frazioni biogeniche dei rifiuti, plastiche non riciclabili) in idrogeno pulito, utilizzando esclusivamente energia rinnovabile.

Figura 1

Il processo di idrogassificazione dei materiali solidi carboniosi

Tale approccio integra:

  • Un processo di idrogassificazione (HG) di solidi carboniosi per produrre metano e idrocarburi leggeri.
  • Steam Reforming (SR) del gas ottenuto, alimentato con fonti rinnovabili e senza emissioni di combustione, ad esempio mediante elettrificazione del processo
  • Ricircolo parziale di H₂ per alimentare nuovamente il processo di HG, massimizzando l’efficienza energetica.
  • Progettazione concettuale e modellazione del processo, con la definizione dei flussi di materia ed energia tra le varie unità (HG, SR, ricircolo H₂)
  • Specifica dei requisiti di feedstock e definizione delle condizioni operative
  • Sviluppo di un prototipo di reattore di idrogassificatore (HG)
  • Costruzione del reattore HG modulare, compatibile con diversi tipi di biomasse e rifiuti
  • Messa a punto del sistema di alimentazione e controllo
  • Test preliminari di conversione in laboratorio
  • Massimizzazione della resa in CH₄ e minimizzazione di sottoprodotti nocivi. Studio degli effetti di temperatura, pressione e tipo di catalizzatore per ottimizzare il processo
  • Verifica della stabilità operativa (almeno 1000 ore)
  • Progettazione e realizzazione dell’unità di purificazione dei gas (rimozione contaminanti)
  • Accoppiamento con le unità di SR per chiudere il ciclo e dimostrazione del processo integrato con produzione di ~100 Nl/h di H₂
  • Analisi tecnico-economica e di sostenibilità, considerando casi applicativi di concreto interesse con scaling up del processo a 10 ton/giorno di rifiuto carbonioso, con valutazione del costo dei combustibili prodotti, impatti ambientali e analisi del ciclo di vita (Life Cycle Assessment)
Schema dell’impianto sperimentale di idrogassificazione

Figura 2

Schema dell’impianto sperimentale di idrogassificazione

Figura 3

Prototipo di impianto sperimentale realizzato presso i laboratori del centro di ricerca ENEA Casaccia

Figura 4

Schema del reattore e dell’impianto di idrogassificazione

Figura 5

Analisi dei prodotti ottenuti dal processo di idrogassificazione su campioni di plasmix (materiali plastici eterogenei non riciclabili) a diverse temperature

Team di ricerca

Alberto Giaconia (ENEA), Fabio Codignole Luz (ENEA), Pietro Colucci (ENEA), Giampaolo Caputo (ENEA), Silvano Tosti (ENEA), Alfonso Pozio (ENEA), Claudia Bassano (ENEA), Maria Beatrice Falasconi (PhD), Lorenzo de Paola (PhD), Emilia Saraceno (PhD)

In collaborazione con:
Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Salerno (prof. Vincenzo Palma)
Facoltà Dipartimentale di Scienze e Tecnologie per lo Sviluppo Sostenibile e One Health dell’Università Campus Bio-Medico di Roma (prof. Vincenzo Piemonte)
Dipartimento di Ingegneria Chimica dell’Università La Sapienza di Roma (prof. Giorgio Vilardi)

Documenti

D. De Cata, L. Mazzeo, V. Piemonte, A. Giaconia. “Electrified steam methane reforming asefficient pathway for sustainable hydrogen production and industrial decarbonization: A critical review”. International Journal of Hydrogen Energy. 2025, vol.105, 31-44.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.01.202

J. Neves, A. Giaconia, L.M. Madeira, S. Tosti. “Refuse derived fuel hydrogasification coupled with methane steam reforming” International Journal of Hydrogen Energy. 2023, vol.48, 27918. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.03.436

E. Saraceno, E. Meloni, A. Giaconia, V. Palma. “Catalytic OBSiC Open Cell Foams for Methane-Rich Gas Production Through Hydrogasification of Plastic Waste”. Catalysts. 2025, vol.15, 152. DOI: https://doi.org/10.3390/catal15020152