Comparative life cycle assessment of hydrogen production by steam reforming of natural gas, landfill gas and biomethane

The increasing demand of sustainability on production processes brings to the need to decrease the environmental impacts and reduce the global warming potential caused by the industrial operations. In this study, the focus is the hydrogen production, which is an important and relevant element for electricity generation, power industry and heating. Hydrogen could really help to achieve the goal of decarbonization, but his process production chain still contains and deliver a considerable number of emissions. Following this topic, feedstocks of different nature are analyzed in order to be supplied to the same production method, which is the Steam Reforming. Steam Methane Reforming from natural gas is nowadays the most used technique for hydrogen production, due to its efficiency and simplicity, but natural gas is a non-renewable source and emits a great amount of CO2. To reduce the environmental impact and take advantage of the renewable and available sources that the planet offers, landfill gas and biomethane from biogas upgrading are considered. The aim of this study is to compare the three systems to determine whether the renewable sources could really be an affordable alternative and in case they do, identify which one offers less impacts. After having defined the three cases, data regarding input and output streams have been obtained through bibliographic references or calculated, in order to perform the comparison. Results were achieved by using the known software SimaPro, where impacts have been associated to each unitary process included into the boundary conditions. By the end of the comparison, it appeared that Steam Reforming from landfill gas and biomethane generates less contamination than conventional natural gas system. In particular, biomethane fits better due to its purity, ease of transport and use.

La crescente richiesta di sostenibilità dei processi produttivi porta alla necessità di diminuire l’impatto ambientale e ridurre il potenziale del riscaldamento globale causato dalle operazioni industriali. In questo studio, l’ interesse è rivolto alla produzione di idrogeno, che rappresenta un elemento importante e rilevante per la generazione di elettricità, l’industria energetica e il riscaldamento. L’idrogeno potrebbe davvero contribuire a raggiungere l’obiettivo della decarbonizzazione, ma la sua catena di produzione contiene e produce un numero considerevole di emissioni. A questo proposito, si analizzano materie prime di natura diversa da destinare allo stesso sistema produttivo, ovvero lo Steam Reforming. Lo Steam Reforming del metano dal gas naturale è oggi la tecnica più utilizzata per la produzione di idrogeno, grazie alla sua efficienza e semplicità, ma il gas naturale è una fonte non rinnovabile ed emette una grande quantità di CO2. Per ridurre l’impatto ambientale e avvalersi delle fonti rinnovabili e disponibili che il pianeta offre, le alternative prese in esame si identificano nel biogas di discarica, chiamato Landfill Gas e nel Biometano proveniente dall’upgrading dello stesso. Lo scopo di questa dissertazione è quello di confrontare i tre sistemi per determinare se le fonti rinnovabili possono davvero essere un’alternativa vantaggiosa e, in caso affermativo, individuare quale offre un impatto minore. Dopo aver definito i tre sistemi, i dati relativi alle correnti in ingresso e in uscita sono stati ottenuti tramite riferimenti bibliografici o calcolati, al fine di eseguire il confronto. I risultati sono stati ottenuti utilizzando il noto software SimaPro, in cui si sono associati gli impatti a ciascun processo unitario incluso nelle condizioni al contorno. A conclusione dell’analisi comparativa, è emerso che lo Steam Reforming a partire da landfill gas e biometano genera minori contaminazioni rispetto al sistema convenzionale con gas naturale. In particolare, il biometano si adatta meglio al processo grazie alla sua purezza, alla facilità di trasporto e di utilizzo.