Analysis and optimization of a system aimed at the transformation of green hydrogen from gas to liquid as part of a project for the establishment of an energy hub

The thesis explores the design of a liquid hydrogen production site with the focus on clean energy utilization. The project is based on the idea of improving an already designed hydrogen production and distribution facility in which MEP Engineering, a design studio located in Marghera (VE), and for which work activities are still ongoing, contributed to the design. The global need to mitigate climate change towards a sustainable energy future imposes the generation and utilization of no-emitting pollutions resources. Hydrogen, in the last years, is gaining interest having the potential to contributes to greenhouse gases reduction. The production and utilization of hydrogen in all its states must be currently considered. The thesis reports a technical and economic feasibility analysis for the realization of a liquid hydrogen production plant supplied by renewable energy resources, making the project green. The quantity of gaseous hydrogen available to be transformed to liquid hydrogen corresponds to the difference between production and distribution, since the plant is even designed to be a refuelling station. The determination of the liquid hydrogen production outlines the costs associated to its generation, the scale of the site and the possible applications fed by this resource. In order to demonstrate the potentiality and applicability of liquid hydrogen different scenarios are analysed. Furthermore, a specific application case is studied comparing gaseous hydrogen distribution and liquid hydrogen transportation.

La tesi esplora la progettazione di un impianto di produzione di idrogeno liquido con un focus sull'utilizzo di energia pulita. Il progetto si basa sull'idea di migliorare un impianto già progettato per la produzione e distribuzione di idrogeno, a cui lo studio di progettazione MEP Engineering, situato a Marghera (VE), ha contribuito e per il quale l'attività lavorativa è ancora in corso. La necessità globale di mitigare il cambiamento climatico verso un futuro energetico sostenibile impone la generazione e l'utilizzo di risorse prive di emissioni inquinanti. L'idrogeno, negli ultimi anni, sta guadagnando interesse avendo il potenziale di contribuire alla riduzione dei gas serra. La produzione e l'utilizzo dell'idrogeno in tutte le sue forme devono attualmente essere prese in considerazione. La tesi riporta un'analisi di fattibilità tecnica ed economica per la realizzazione di un impianto di produzione di idrogeno liquido alimentato da fonti di energia rinnovabile, rendendo il progetto sostenibile. La quantità di idrogeno gassoso disponibile per essere trasformato in idrogeno liquido corrisponde alla differenza tra produzione e distribuzione, poiché l'impianto è progettato anche per essere una stazione di rifornimento. La determinazione della produzione di idrogeno liquido delinea i costi associati alla sua generazione, la scala del sito e le possibili applicazioni alimentate da questa risorsa. Per dimostrare le potenzialità e l'applicabilità dell'idrogeno liquido vengono analizzati diversi scenari. Inoltre, viene studiato un caso specifico di applicazione confrontando la distribuzione di idrogeno gassoso e il trasporto di idrogeno liquido.