Power To Gas: energia rinnovabile per la rete del gas

Le tecnologie e le strategie per l’accumulo di energia elettrica, soprattutto quando integrate con la generazione da fonti rinnovabili non programmabili, sono attualmente uno dei temi più affrontati dalla ricerca sia di base che applicata.
Lo sviluppo di sistemi di accumulo sempre più efficienti permetterà infatti di massimizzare lo sfruttamento delle risorse rinnovabili (soprattutto eolico e fotovoltaico) riducendo, se non annullando, i ben noti problemi di gestione delle reti di trasmissione elettriche, fungendo da spinta per la diffusione della generazione distribuita.

Tra le possibili strategie di accumulo attualmente in studio, particolare interesse suscita il Power To Gas, ovvero la produzione di idrogeno e/o metano sintetico a partire da fonti energetiche rinnovabili, così come mostrato in Figura 1.

In Figura 1 si illustra la possibilità di integrare lo sfruttamento diretto di risorse rinnovabili sia programmabili (biomasse di origine vegetale e/o animale) che non programmabili (eolico e fotovoltaico) con un processo di produzione sia dell’idrogeno (mediante elettrolisi dell’acqua) che di metano sintetico (mediante un processo chiamato metanazione). La metanazione (o processo Sabatier) è infatti un processo chimico-fisico che permette di ottenere metano a partire da una miscela di gas quali idrogeno (proveniente, nel caso illustrato dall’elettrolisi dell’acqua) e anidride carbonica (prodotta da processi di conversione delle biomasse come la digestione anaerobica e/o la pirolisi). Dal punto di vista termodinamico si tratta di reazioni esotermiche favorite da basse temperature ed elevate pressioni. Lo scopo finale di questo processo, che può raggiungere efficienze vicine all’80% è quello di produrre gas naturale sintetico che rispetti le specifiche necessarie per l’immissione nella rete di distribuzione nazionale.
Quello proposto in Figura 1 è un sistema di generazione di energia elettrica, termica e di combustibile totalmente da fonte rinnovabile.
Più in dettaglio l’energia elettrica prodotta dai generatori eolici e fotovoltaici può essere

• impiegata direttamente per i bisogni delle utenze connesse,
• per i servizi ausiliari dei sistemi di digestione anaerobica, di pirolisi o gassificazione
• trasformata in idrogeno (mediante elettrolisi dell’acqua).

Contemporaneamente, le biomasse di origine vegetale ed animale possono essere convertite mediante processi come la digestione anaerobica e la pirolisi (o gassificazione) al fine di produrre, sia combustibile (metano e/o idrogeno) che anidride carbonica. Quest’ultima, normalmente un prodotto di risulta della digestione anaerobica o della pirolisi può essere utilmente impiegata nel processo di metanazione per la produzione, come già detto, di metano sintetico.

L’idrogeno e/o il metano sintetico prodotti rappresentano pertanto una strategia per accumulare energia nei momenti (o eventualmente nei luoghi) in cui si ha un esubero di produzione rispetto alla domanda. Il metano sintetico e l’idrogeno possono quindi essere successivamente impiegati per la produzione di energia elettrica e termica (mediante l’impiego di motori cogenerativi e/o celle combustibili) per l’autotrazione (considerando sia veicoli alimentati a metano che ad idrogeno) o direttamente immessi nella rete di distribuzione del gas per gli impieghi domestici.

Tra i punti di forza del Power To Gas c’è sicuramente la possibilità di generare energia virtualmente a zero emissioni di anidride carbonica: la produzione dell’idrogeno da fonte rinnovabile ed il suo successivo sfruttamento è l’unico processo che evita emissioni di CO2 nell’atmosfera; analogamente la combustione di metano sintetico (secondo lo schema di Figura 1) restituisce all’ambiente la CO2 assorbita dalle biomasse nel loro ciclo di vita dando luogo, anche in questo caso ad bilancio complessivo esente da emissioni di CO2 in atmosfera.
Il Power To Gas rappresenta un nuovo paradigma dell’accumulo di energia elettrica fornendo una capacità di stoccaggio (grazie alla possibilità di iniezione nella rete del gas) potenzialmente illimitata. Si tratta inoltre di una tecnologia facilmente scalabile dalle piccolissime taglie (tipiche della generazione distribuita) alla grande generazione di potenza. La caratteristica più importante, se non unica in confronto agli altri sistemi di stoccaggio dell’energia elettrica, è quella di integrare la produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile con i concetti di accumulo (ovvero di programmabilità) e di trasporto.

In questo contesto, il Centro Interdipartimentale per la Ricerca Industriale sull’Energia e l’Ambiente (CIRI – EA) dell’Università di Bologna ha avviato un progetto di ricerca, congiuntamente ad altre realtà accademiche ed industriali italiane finalizzato alla realizzazione di un impianto pilota per la produzione, lo stoccaggio e l’impiego di idrogeno e metano sintetico prodotti da fonti energetiche rinnovabili.

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