• Electrification
• Elettrificazione
• Hydrogen
• Idrogeno
• Industria di processo
• Process industry
• Steam reforming

Con il crescente interesse verso fonti energetiche più sostenibili, l’aumento degli
investimenti in esse, motivato dalle rilevanti conseguenze ambientali delle energie
fossili e la dipendenza che alcuni paesi hanno da queste, potenzialmente minacciata
da conflitti geopolitici, questa tesi si propone di valutare la possibile elettrificazione
dell’industria di processo. Partendo dal processo di steam reforming del metano
focalizzato sulla produzione di idrogeno. sono stati analizzati tre casi, il processo
di steam reforming con reattore tubolare, il processo di steam reforming elettrico,
in cui il reattore e le diverse utilities sono elettrificate e il processo di steam refor-
ming con l’utilizzo del reformer riscaldato a gas in cui anche in questo caso sono
state elettrificate le utilities. Una volta simulati i tre processi e svolta l’integrazione
energetica inserendo le diverse tecnologie per elettrificare il calore, si è effettuata
l’analisi economica valutando i cash flows e diversi indici di redditività per i tre
processi. è stata anche svolta un’analisi di sostenibilità ambientale, per valutare
l’impatto ambientale che ha l’elettrificazione dei processi rispetto al processo col
reformer tubolare, in particolare, sono stati valutati gli impatti per le categorie
di global warming, riduzione strato ozono, particolato, scarsità risorse minerarie e
utilizzo delle terre. Sono inoltre state svolte per entrambe le analisi, economica
e ambientale, studi di sensitività, variando diversi parametri delle analisi secondo
eventuali previsioni future o ipotesi.
Dai risultati è emerso che ad oggi l’elettrificazione del processo di steam refor-
ming del metano non è conveniente né a livello economico né a livello ambientale,
i due processi elettrificati hanno infatti mostrato cash flows e indici di redditività
nettamente inferiori rispetto a quelli ottenuti dal processo con reformer tubolare.
A livello di sostenibilità ambientale invece considerando il mix energetico italiano
risulta che l’elettrificazione, che causa la maggior parte degli impatti, è penaliz-
zante rispetto al processo con reformer tubolare in cui il calore è fornito tramite
combustione di gas naturale. Studi di sensitività, seguendo l’andamento futuro per
il prezzo di elettricità, gas naturale e carbon tax, si è osservato come il processo col
reformer riscaldato a gas risulti più conveniente già dal 2027, mentre il processo con
il reformer elettrico per avere un effettivo guadagno è necessario aspettare almeno
il 2030. Per l’analisi di sostenibilità invece la crescita delle rinnovabili comporta
una netta riduzioni degli impatti verso il global warming, conseguentemente visto
l’utilizzo di diversi metalli e minerali per la transizione energetica e la necessità di
essere costruiti su terreni industriali, gli impatto verso la scarsità risorse minerarie
e utilizzo delle terre è maggiore rispetto al processo con reformer tubolare. Per le
altre categorie d’impatto, è risultato che in ogni caso l’utilizzo delle fonti rinnovabili
al 100% o basarsi sulle previsioni del 2030 e 2050 non preveda impatti minori per
i processi elettrificati rispetto al processo con reformer tubolare.

With the growing interest in more sustainable energy sources, and increased investments in them, motivated by the significant environmental consequences of fossil fuels and the dependence that some countries have on them, potentially threatened by geopolitical conflicts, this thesis aims to evaluate the possible electrification of the process industry. Starting from the steam methane reforming process focused on hydrogen production, three cases were analyzed: the steam reforming process with the tubular reactor, the electric steam reforming process, in which the reactor and different utilities were electrified, and the steam reforming process with the use of gas-heated reformer, where also, in this case, the utilities were electrified. Once the three processes were simulated and energy integration was performed by introducing various technologies to electrify heat, an economic analysis was conducted by evaluating cash flows and various profitability indices for the three processes. An environmental sustainability analysis was also conducted to assess the environmental impact of electrifying processes compared to the process with a tubular reformer, particularly evaluating impacts for global warming, stratospheric ozone depletion, fine particulate matter, and mineral resource scarcity. Sensitivity analyses were also conducted for both economic and environmental analyses, varying various parameters of the analysis according to future forecasts or assumptions.
The results showed that as for today, the electrification of the methane steam reforming process is neither economically nor environmentally feasible. The two electrified processes showed significantly lower cash flows and profitability indices compared to those obtained from the process with a tubular reformer. Regarding environmental sustainability, considering the Italian electricity mix, electrification, which causes the majority of impacts, is penalizing compared to the process with a tubular reformer where heat is provided through natural gas combustion. Sensitivity studies, following future trends for electricity prices, natural gas prices, and carbon tax, observed that the process with a gas-heated reformer becomes more cost-effective as early as 2027, while for the electric reformer process to have an effective gain, it is necessary to wait until at least 2030. For the sustainability analysis, the growth of renewables leads to a significant reduction in impacts on global warming. Consequently, given the use of various metals and minerals for the energy transition, the impact on mineral resource scarcity is greater compared to the process with a tubular reformer. For other impact categories, it was found that either using 100% renewable sources or using the forecasts for 2030 and 2050 does not result in lower impacts for electrified processes compared to the process with a tubular reformer.