Ingegnerizzazione di uno nuovo ciclo di scissione termochimica dell'acqua

Obbiettivo di questa tesi è la valutazione della capacità produttiva di un nuovo ciclo termolitico attraverso la concezione di uno schema di impianto plausibilmente accoppiabile ad un reattore di IV generazione di tipo VHTR e ad uno sistema solare a concentrazione a fuoco puntiforme. Il nuovo ciclo che si tenterà di ingegnerizzare è frutto del lavoro di ricerca di Pierpaolo Prosini che ha scoperto e brevettato il ciclo nell’ambito del programma di ricerca TEPSI dell’ENEA. La tesi si propone altresì di dimostrare come il solare termolitico posso configurarsi come un alternativa più promettente del solare termodinamico per la stessa produzione di energia elettrica e come nell’ambito di una produzione di idrogeno che travalichi la scala artigianale per arrivare a una necessaria scala industriale il nucleare termolitico posso ritenersi come la più valida delle alternative. Il presente lavoro inizia con un parte introduttiva in cui si introduce il lettore nel mondo dei cicli termolitici facendo una piccola analisi dei cicli più promettenti e una panoramica sulle applicazioni fatte o semplicemente in studio sia alla fonte nucleare che a quella rinnovabile. In chiave di studio preliminare si ricostruiscono le vicende che ci portano dall’ormai storico ciclo S-I al ciclo NIS, oggetto del nostro studio, e si fa una per noi indispensabile analisi della cinetica isoterma delle reazioni attraverso i dati sperimentali trovati dal dottor Prosini e da altri ricercatori che si sono cimentati nella stessa impresa. Successivamente si passa ad analizzare la reazione più energiva del ciclo, “la separazione dello ioduro di nickel”, per cui si propone un particolare caldaia rigenerativa della quale si tenterà di valutare le prestazioni. Al fine del recupero della grande quantità di calore prodotta dalla reazione esotermiche a più bassa temperatura si è studiato un particolare tipo di motere Stirling: il Double Double U Engine. In prospettiva di dover usare degli schemi di impianto che ci conducessero ad un ciclo discontinuo si è pensato ad un sistema di recupero calori che fosse anch’esso discontinuo, gli accumuli latenti. Dopo aver studiato questi tre sistemi universali di recupero del calore si è passati a degli schemi specifici. Questi schemi sono stati concepiti col presupposto di superare il maggior difetto del ciclo proposto: la presenza di soldi. I Solidi danno due ordini di problemi:la movimentazione e lo scambio termico. In un primo schema si è risolto la movimentazione dei solidi semplicemente non muovendoli, schema a movimentazione fittizia, in un secondo si è riusciti ad ottenere di movimentarli solo per gravità, schema a gravità. Il primo schema, uno schema batch, malgrado gli sforzi non ci è parso 2 effettivamente applicabile sia ad un reattore che alla risorsa rinnovabile, il secondo invece si. Si è quindi studiato l’applicazione dello schema a gravità,schema di natura semi-batch, alla risorsa rinnovabile, e si è confrontato il solare termolitico con il solare termodinamico cercando di dimostrare la nostra tesi. L’applicazione del secondo schema ad un reattore nucleare ci ha però costretto ad un approfondimento legato alla necessità di ottenere uno schema continuo. Il passaggio ad uno schema continuo ci ha costretto a studiare le cinetiche anisoterme di reazione e a realizzare dei programmi che ci permettessero di capire quale fosse l’effettiva capacità produttiva dell’impianto. Nel far questo non si è potuto fare a meno di affrontare anche il problema termotecnico che come detto nel caso dei solidi è particolarmente gravoso, problema come leggerete superato grazie all’utilizzo del principio dello scambio contattivo.