Techno-economic analysis of an SOEC-based system for the production of e-NG and different options for its export to Italy

Power-to-gas (P2G) processes convert renewable electricity into hydrogen or methane, enabling long-term energy storage in existing gas infrastructure. This thesis presents a techno economic analysis of an SOEC-based P2G system producing electric natural gas (e-NG). The plant is modelled with detailed Aspen Plus® flowsheets, incorporating custom electrolysis and methanation unit models via Aspen Custom Modeler. Two export pathways are evaluated: e-NG produced in the USA and shipped as LNG to Italy, and e-NG produced in Algeria and sent via existing pipeline to Italy. In the base cases, the levelized cost of e-NG (LCOeNG) is 2.84 € kg-1 (204.5 € MWh-1 ) for the USA–LNG route and 2.41 € kg-1 (173.7 € MWh ) for the Algeria–pipeline route. A comprehensive sensitivity analysis is performed on key parameters (electricity price, equipment CAPEX, plant utilization, CO₂ cost, etc.) to assess their impact on LCOeNG and identify dominant cost drivers. The results quantify the economic trade-offs between the two import options and provide insights on the viability of e-fuel import strategies under future energy transition scenarios.

I processi power-to-gas (P2G) convertono l’elettricità rinnovabile in idrogeno o metano, consentendo lo stoccaggio di energia a lungo termine nelle infrastrutture del gas esistenti. Questa tesi presenta un’analisi tecnico-economica di un sistema P2G basato su celle elettrolitiche a ossido solido (SOEC) per la produzione di gas naturale elettrico (e-NG). L’impianto è modellizzato con schemi di processo dettagliati in Aspen Plus®, integrando modelli personalizzati delle unità di elettrolisi e metanazione tramite Aspen Custom Modeler. Sono valutati due percorsi di esportazione: e-NG prodotto negli Stati Uniti e trasportato come GNL in Italia, ed e-NG prodotto in Algeria e inviato tramite gasdotto esistente verso l’Italia. Nei casi base, il costo livellato del e-NG (LCOeNG) è pari a 2.84 € kg⁻¹ (204.5 € MWh⁻¹) per la rotta USA–GNL e 2.41 € kg⁻¹ (173.7 € MWh⁻¹) per la rotta Algeria–gasdotto. È stata condotta un’analisi di sensibilità completa sui parametri chiave (prezzo dell’elettricità, CAPEX delle apparecchiature, fattore di utilizzo, costo della CO₂, ecc.) per valutarne l’impatto sul LCOeNG e identificare i principali driver di costo. I risultati quantificano i compromessi economici tra le due opzioni di importazione e forniscono indicazioni utili sulla fattibilità delle strategie di importazione di e-fuels negli scenari futuri di transizione energetica.