Technology Evolution of Natural Gas systems from Renewable Energy Sources: CNG and LNG Evoluzione dei Sistemi Energetici per il Gas Naturale da Fonte Rinnovabile: CNG e LNG

With about 24% of total CO2 emissions, transport sector represents a major item in air pollution. In order to meet the target for the GHG emissions, several policies were introduced, regarding biofuels production and utilization. In this perspective, biomethane production as biofuels is growing quickly since it can be used in the Compressed or Liquefied state. In the first Chapter, a brief introduction regarding the environmental issues associated with the GHG emissions is presented. In the second Chapter, a review over the governmental policies adopted worldwide is presented. Critical aspects and provisions are also discussed. Biogas and biomethane potential as vehicle fuels and achievable production is presented for the European region and the Chinese regions. In Italy, the minimum value of the base incentive was estimated to vary from 0.10 € Sm3 to 0.42 € Sm3. In the third Chapter, the CNG refueling technology is presented and investigated. The possibility of combining biogas plant production and upgrading with CNG refueling stations allows the production of the CBG. In order to evaluate the potential of an alternative refueling station, a comparison was proposed with a traditional buffer station. In the fourth Chapter, the LNG technology is presented. The possibility to achieve LBG is investigated. A novel cryogenic separation technology is proposed to achieve upgrading and LBG production. Specific energy consumption was found to vary between 1.284 kWh kg-1 and 1.982 kWh kg-1. An optimization with the CO2 recovery shows a specific energy consumption of 1.093 kWh kg-1. The possibility to achieve carbon dioxide and hydrogen sulfide was investigated. A final specific energy consumption of 1.526 kW kg-1 was found. In the last Chapter, conclusions of the thesis are reported, with potential future works.

Con circa il 24% delle emissioni di CO2, il settore dei trasporti rappresenta un punto chiave nell’inquinamento atmosferico. Per questo motivo, negli ultimi anni molte politiche si sono adottate per favorire la produzione di biocombustibili. Il biometano in particolare ha visto crescere il suo share, potendo essere utilizzato sia in forma liquida che compressa. Nel primo capitolo viene presentata una breve introduzione riguardante il problema ambientale legato le emissioni inquinanti. Nel secondo capitolo viene proposta una panoramica dettagliata delle politiche volte alla riduzione delle emissioni. Gli aspetti critici legati ad esse vengono presentati e discussi. Si presenta in particolare la produzione di biometano per le regioni Europa e Cina. A questo riguardo, nel panorama italiano si calcola un valore base minimo di incentivazione compreso tra 0.10 € Sm3 e 0.42 € Sm3. Nel terzo capitolo si espone la tecnologia CNG. Si analizza la possibilità di ottenere CBG dal biometano. Le potenzialità di una stazione alternativa vengono analizzate e confrontate con quelle di una stazione tradizionale buffer. Nel quarto capitolo si espone la tecnologia LNG. La possibilità di ottenere LBG dal biometano viene esposta. Una tecnologia innovativa viene presentata per l’upgrading e la liquefazione. Il consumo specifico associato varia tra 1.284 kWh kg-1 e 1.982 kWh kg-1. Un’ottimizzazione della presente, con recupero della CO2, presenta un consumo specifico di 1.093 kWh kg-1. Una successiva evoluzione per la rimozione dell’H2S viene esposta, presentando un consumo specifico pari a 1.526 kW kg-1. Nell’ultimo capitolo, conclusioni e successivi possibili sviluppi del presente lavoro vengono presentati.