Integration of hydrogen production in an Energy-from-Waste plant - a case study

The aim of this thesis is a technical and economic evaluation of the possibility to install an electrolyzer for hydrogen production on an energy-from-waste plant and to consider the potentiality of using the hydrogen produced by the electrolyzer to power garbage collection trucks. Specifically, this study evaluates the economic sustainability as well as the environmental impact of this project. The project is aligned with the ambitious European target for the containment of greenhouse gas emissions by 55% in 2030 and for climate neutrality by 2050. It concerns a significant sector, the transport sector, which alone is responsible for 25% of greenhouse gas emissions in Italy. The EfW plant considered in this thesis is the Silea plant located in Valmadrera (LC). Silea deals with the collection and disposal of waste from various municipalities in the province of Lecco. The aim of the project is to reduce emissions in the municipalities by replacing currently used diesel vehicles with hydrogen trucks. The data initially analyzed were the electricity production values of the EfW plant. Various strategies were examined in order to guarantee the availability of hydrogen also during periods of lack of electricity supply to the EfW plant. After a careful economic evaluation and a process optimization, the most suitable option proved to be the acquisition of energy from the grid so allowing hydrogen production. A further technical-economic assessment identified 1MW as the optimal electrolyzer size, capable of providing a daily production of 430kgH2. Finally, an analysis on the environmental impact made it possible to evaluate significant advantages on the local emissions and to assess the effect on CO2 balances under different reference emission scenario.

L’obbiettivo di questa tesi riguarda la valutazione tecnico-economica della possibilità di inserire, all’interno di un impianto di termovalorizzazione, un elettrolizzatore per la produzione di idrogeno; e di valutare la possibilità di utilizzare l’idrogeno prodotto per alimentare i camion della raccolta della nettezza urbana; valutandone la sostenibilità economica e l’impatto ambientale che il progetto è in grado di generare. Questa tesi è allineata con gli ambiziosi obbiettivi europei per il contenimento delle emissioni di gas serra del 55% nel 2030 e per la neutralità climatiche entro il 2050. Questo progetto difatti riguarda un’area molto sensibile in materia di emissioni, ovvero il settore dei trasporti; esso soltanto rappresenta il 25% delle emissioni di gas serra in Italia. Il termovalorizzatore considerato in questo progetto è l’impianto di Silea locato a Valmadrera (LC). L’azienda Silea si occupa del raccoglimento e dello smaltimento dei rifiuti di diversi comuni della provincia di Lecco. Questo progetto è in grado di abbattere le emissioni nei comuni serviti, grazie alla sostituzione dei mezzi a diesel attualmente utilizzati con veicoli ad idrogeno. I dati inizialmente esaminati sono stati i valori di produzione di energia elettrica dell’impianto di termovalorizzazione. Sono state esaminate diverse strategie al fine di garantire la disponibilità di idrogeno anche nei periodi di mancanze di fornitura elettrica del termovalorizzatore. La soluzione ottimale, trovata grazie ad una valutazione economica e ad un processo di ottimizzazione, riguarda la possibilità di acquisire energia dalla rete consentendo la produzione di idrogeno. Considerando una successiva valutazione tecnicoeconomica è stato possibile individuare come taglia ottimale dell’elettrolizzatore una taglia di 1MW, in grado di fornire una produzione giornaliera di 430 kgH2. Le analisi sulle emissioni hanno permesso di valutare dei vantaggi significativi sulle emissioni locali e di valutare l’effetto sulle emissioni di CO2 in diversi scenari di riferimento.