Cicli a combustione interna tramite reazioni alluminio-acqua

Oil and natural gas offshore exploration is moving in deeper waters and at increasingly greater distances from the mainland. The energy demand of oil and natural gas extraction plants must be met using innovative technological solutions which allow more efficient electricity transmission or by mechanical energy production directly on site. In this thesis work, the second hypothesis was developed, analyzing a possible solution for a power plant consisting of an internal combustion cycle through aluminum-water reactions. The first part of the work examines the thermodynamic aspects of the reactions, the critical aspects due to the use of aluminum and the potential environmental sustainability. The second part shows the system, the hypotheses underlying the numerical method and the process used to maximize the efficiency of the thermodynamic cycle. In the third part, a preliminary sizing of the turbomachinery inside the plant is carried out; finally the conclusions are drawn.

L’esplorazione offshore di petrolio e gas naturale si sta muovendo in acque sempre più profonde e a distanze sempre maggiori dalla terraferma. La richiesta energetica degli impianti di estrazione di petrolio e gas naturale deve essere soddisfatta da soluzioni tecnologiche innovative che consentano una trasmissione dell’energia elettrica più efficiente o una produzione di energia meccanica direttamente in loco. In questo lavoro di tesi è stata sviluppata la seconda ipotesi, analizzando una possibile soluzione di impianto che prevede un ciclo a combustione interna tramite reazioni alluminio-acqua. Nella prima parte della tesi vengono esaminati gli aspetti termodinamici delle reazioni, le criticità dovute all’utilizzo dell’alluminio e le potenzialità inerenti agli aspetti di sostenibilità ambientale. Nella seconda parte viene illustrato l’impianto, le ipotesi alla base del metodo numerico e il procedimento utilizzato per la massimizzazione del rendimento del ciclo termodinamico. Nella terza parte viene effettuato un dimensionamento preliminare delle turbomacchine presenti all’interno dell’impianto; infine si traggono le conclusioni.