• gas network
• hydrogen
• pipeline simulation

Per decarbonizzare il sistema energetico, è essenziale esaminare strategie per la decarbonizzazione delle reti gas e comprendere come queste possano contribuire al processo generale di decarbonizzazione. Questa tesi esplora due tematiche principali: la sostituzione graduale del gas naturale con l'idrogeno e la riduzione delle emissioni di metano dalla rete.
L'idrogeno emerge come un vettore energetico capace di sostituire i combustibili fossili, producendo solo vapore acqueo quando bruciato, e soddisfacendo esigenze di alta temperatura per processi difficili da decarbonizzare. Inoltre, può essere trasportato e immagazzinato facilmente. Ridurre le emissioni di metano è cruciale, poiché, nonostante sia meno carbon intensive se bruciato, il metano è un potente gas clima-alterante se disperso in atmosfera.
Le principali domande esaminate nella tesi sono:
• La decarbonizzazione delle reti gas esistenti è possibile?
• Quali sono le implicazioni, limitazioni e rischi associati?
• Quali cambiamenti o evoluzioni sono necessari con l'introduzione dell'idrogeno?
• Quali proposte possono mitigare i rischi e sfruttare il potenziale dei cambiamenti?
La tesi sviluppa modelli fluidodinamici integrati in ambienti di simulazione per indagare il potenziale di decarbonizzazione delle reti gas. Esamina sia le reti di distribuzione a bassa pressione sia i gasdotti ad alta pressione, con casi studio che includono reti semplici e reali, come due reti in Toscana e la rete nazionale di trasporto del gas dell'Australia Occidentale. L'obiettivo è verificare la robustezza dei modelli e valutare la fattibilità delle strategie nei sistemi reali, fornendo risultati interessanti per gli stakeholder della catena di approvvigionamento del gas naturale.




To decarbonize the energy system, it is essential to carefully examine strategies for decarbonizing gas networks and understand how these networks can contribute to the overall decarbonization process. This thesis explores two main topics: the gradual replacement of natural gas with hydrogen and the reduction of methane emissions from the network.
Hydrogen is emerging as a promising energy carrier with the potential to replace fossil fuels. It can be burned without producing any other byproducts, and it can meet the high-temperature requirements of hard-to-abate processes. Additionally, it can be easily transported and stored. Reducing methane emissions is crucial, as methane, despite being less carbon-intensive when burned, is a potent greenhouse gas if released into the atmosphere.
The main questions examined in the thesis are:
• Is it possible to decarbonize existing gas networks?
• What are the implications, limitations, and risks associated?
• What changes or evolutions are necessary with the introduction of hydrogen?
• What proposals can mitigate the risks and harness the potential of these changes?
The thesis develops fluid dynamics models integrated into simulation environments to investigate the decarbonization potential of gas networks. It examines both low-pressure distribution networks and high-pressure pipelines, with case studies including simple networks and real-world examples, such as two distribution networks in Tuscany and the national gas transmission network of Western Australia. The goal is to verify the robustness of the models and evaluate the feasibility of these strategies in real systems, providing interesting results for stakeholders in the natural gas supply chain.