A techno-economic feasibility study of green hydrogen production with electrolysis at Biomet s.p.a.

To prevent the dangerous impact of climate change, rapid decarbonisation has to be pursued in the whole energy sector. The goal is to achieve climate neutrality by 2050 to limit global warming to +1.5 ° C. However, about one-third of the current emissions in the energy field are produced by sectors for which there is no economic alternative to fossil fuels. These are known as “hard-to-abate” sectors. A common solution to enable the decarbonisation of these sectors is green hydrogen, produced with renewable energy, through the electrolysis of water. This process is not competitive today with traditional methods to produce hydrogen in the industrial field. However, with increasing attention from politicians, stakeholders in the energy sector and the general public, a path is forming for the development of a green hydrogen market. In this context, Biomet s.p.a, an Italian company, is considering the possibility of installing a system for the production, storage, and distribution of green hydrogen at its production site. This thesis work began as a technical-economic feasibility study of such hydrogen production, but it was subsequently extended to consider a wider range of applications. The H2 production cost has been computed for a wide range of electrolysis plant sizes and three different plant layouts. Scenario 1 is designed to maximise the hydrogen productivity of the plant, scenario 2 considers an off-grid photovoltaic plant and scenario 3 employs a battery for the storage of the surplus. A sensitivity analysis was conducted to identify the most influencing parameters on the cost of hydrogen production. Finally, an economic analysis was considered for the scenario that resulted in being the most cost-effective

Al fine di limitare il cambiamento climatico, il sistema energetico è al giorno d’oggi sottoposto a importanti sfide di decarbonizzazione. L’obiettivo è quello di raggiungere la neutralità climatica per il 2050 e limitare il riscaldamento globale a +1,5 °C. Attualmente circa un terzo delle emissioni nel campo energetico sono prodotte da settori difficilmente elettrificabili, per i quali non c’è un’alternativa tecnico-economica alle fonti fossili, gli “hard to abate”. La migliore possibilità per permettere la decarbonizzazione di questi settori è mediante l’utilizzo dell’idrogeno verde. Esso è prodotto con elettrolisi dell’acqua alimentata da energia rinnovabile, un processo al momento non competitivo coi metodi tradizionali per la produzione di idrogeno in campo industriale. Tuttavia, con l’aumento dell’attenzione dei governi, degli stakeholders del settore energetico e del pubblico in generale, ci si sta muovendo verso la formazione di un vero e proprio mercato dell’idrogeno verde. In questo contesto, l’azienda Biomet s.p.a di San Rocco al Porto (LO) sta consi derando la possibilità di installare un sistema per la produzione, lo stoccaggio e la distribuzione di idrogeno verde presso il suo sito produttivo. Questo lavoro di tesi è iniziato come analisi della fattibilità tecnico-economica di tale produzione, ed è stato successivamente esteso all’analisi del costo di produzione di idrogeno verde con impiego di energia fotovoltaica in Italia. Il costo di produzione dell’idrogeno è stato calcolato per un ampio range di potenza dell’elettrolizzatore e per tre configurazioni di impianto: lo scenario 1, pensato per massimizzare la produzione di idrogeno, lo scenario 2, che considera un impianto fotovoltaico off-grid, e lo scenario 3, in cui si aggiunge l’utilizzo di una batteria di accumulo. Infine, è stata condotta un’analisi si sensibilità sui principali parametri di sistema per valutare la loro influenza sul costo dell’idrogeno e si è valutata la fattibilità economica dello scenario che è risultato il più conveniente.