Rinnovabili e microgrid: in Sardegna si studiano alternative per la transizione energetica

Un bioreattore, una micro rete, un impianto fotovoltaico sono gli elementi basilari cui si aggiungono soluzioni tecnologiche avanzate per un impianto-pilota sperimentale finalizzato a creare un modello replicabile per distretti industriali, comunità rurali, amministrazioni pubbliche e gettare le basi per l’avvio di comunità energetiche rinnovabili.

L’attività della Piattaforma Energie Rinnovabili di Sardegna Ricerche

Le attività di ricerca su rinnovabili e microgrid vengono condotte presso la Piattaforma Energie Rinnovabili di Sardegna Ricerche, sita in provincia di Cagliari. Dal 2007 conduce progetti su energie rinnovabili, smart grid e micro reti, mobilità elettrica, efficienza energetica e sulla sostenibilità.

La microgrid dimostrativa sorge nella sede in cui viene svolta l’attività di ricerca. «È un caso pratico che si avvale della collaborazione con università e con imprese del territorio: ogni nodo tecnologico che compone la microgrid è stato composto grazie alla sinergia con le Pmi», spiega Carla Asquer, ingegnere e ricercatrice di Sardegna Ricerche, esperta di produzione di biometano, upgrading di biogas, metanazione biologica e di altri aspetti riguardanti bioenergie da biomasse.
È lei a illustrare caratteristiche e finalità della microgrid: è una parte della rete elettrica, vista in scala locale, che ha la proprietà di essere di essere un’entità controllabile singolarmente in termini di produzione, consumo, stoccaggio energetico, con una comunicazione continua tra i nodi.

Nel contesto complessivo, emerge il ruolo delle bioenergie quali fonte di energia primaria. Per la produzione energetica ci si avvale di biomasse (e di un biodigestore anaerobico) e fotovoltaico (la cui produzione in eccesso serve per avviare la elettrolisi per creare idrogeno verde), oltre a tecnologie specifiche per l’energy storage. Uno dei nodi principali è costituito da fuel cell: «la nostra intenzione è sostituire l’alimentazione tipica, fossile, con idrogeno verde e biometano», sottolinea la ricercatrice.

Biometano, CO2, idrogeno: le potenzialità di impiego e la metanazione biologica

Per quanto riguarda invece il biometano, sono previsti due percorsi per la produzione: uno è l’upgrading per assorbimento con reazione chimica, l’altro è costituito dalla metanazione biologica.

Nel primo caso si va a scindere la quota di metano già presente nel biogas (di solito al 55%) da quella di CO₂. La metanazione biologica è un concetto alternativo di “upgrading” basato sulla metanazione della CO2 tramite reazione con l’idrogeno, attraverso l’uso di un catalizzatore. Oltre a non disperdere l’anidride carbonica nell’ambiente si converte tutto il biogas in biometano. Nello specifico dell’impianto pilota di Sardegna Ricerche, qui è stata attuata la metanazione biologica, processo in cui il catalizzatore è costituito da microorganismi presenti nei digestori anaerobici.

C’è poi un altro elemento di interesse: il contributo dell’idrogeno verde (ovvero prodotto per elettrolisi con energia elettrica da fotovoltaico) per la metanazione della CO2: questa tecnica si configura come una tecnologia Power to Gas. Può essere effettuata direttamente nel digestore (in-situ) o in un digestore separato (exsitu).

È un processo che consente di utilizzare l’anidride carbonica e, insieme con l’idrogeno, di produrre metano. «Ciò significa che una volta che facciamo l’upgrading per via chimica, siamo in grado di ottenere un flusso di metano che attraversa la colonna, in quanto ha una minore affinità chimica con quello che c’è all’interno della colonna, e ne protegge la CO₂ catturata. L’anidride carbonica viene inviata al metanatore biologico per comporre a sua volta metano, con l’idrogeno».

L’idea percorribile è di andare a ricavare biossido di carbonio dai processi industriali e riutilizzarlo per creare metano e acqua come sottoprodotto.

Un altro percorso è focalizzato sull’impiego diretto del biogas senza passaggio intermedio di upgrading all’interno dello stesso biodigestore, utilizzando idrogeno.

Rinnovabili e microgrid: le potenzialità delle bioenergie

Quali sono gli elementi cardine dell’impiego delle bioenergie rinnovabili in una microgrid? Diversi. Le bioenergie sono le uniche, o quasi, tra le rinnovabili, che vanno a risolvere il problema della quota di rinnovabili che dobbiamo raggiungere sia negli usi termici sia nei trasporti.

Le bioenergie sono costanti, non intermittenti, consentendo tra l’altro di modulare la produzione. Il biometano, per esempio, funge da energy storage chimico, ulteriore vantaggio, insieme alla sostenibilità delle bioenergie, convenzionalmente neutre dal punto di vista della CO₂. Inoltre, stimolano la produzione energetica locale. «Un ulteriore elemento benefico delle biomasse è che esse affondano le radici in un contesto rurale, costituendo un elemento di valore sociale in quanto vanno a coinvolgere le zone rurali nella transizione energetica».

Le biomasse si collegano al concetto di economia circolare: gli scarti sono parte integrante del ciclo produttivo di energia.

Infine, il ciclo produttivo delle bioenergie è relativamente semplice e resiliente. Non ha bisogno di particolari elementi né terre rare che possono essere causa di dipendenza da contesti geopolitici critici. Per questo la produzione di bioenergie è fattibile anche in contesti in via di sviluppo.

Le opportunità per Pmi, aziende agricole e PA e per l’avvio di comunità energetiche

Il progetto condotto da Sardegna Ricerche mediante la Piattaforma sulle Energie Rinnovabili e che combina rinnovabili e microgrid vuole avere la finalità di stimolare il coinvolgimento di aziende locali mediante il meccanismo della ricerca collaborativa. È un aspetto importante tanto quanto la possibilità di utilizzare e combinare biometano nella microgrid potrebbe costituire un elemento anche utile per l’avvio di comunità energetiche.

Lo scopo della microgrid è gestire i 9 kW che contribuiscono in parte a soddisfare i consumi e le necessità della ricerca. Finalità ed esigenze simili, di produzione e di gestione energetica, le hanno distretti industriali, comunità rurali o amministrazioni pubbliche (Comuni singoli o consorziati): ecco allora che quanto si sperimenta qui è un modello perfettamente replicabile.

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