L’espansione sempre più crescente delle fonti rinnovabili (FER) sulla rete di potenza, e la sua diffusione su tutti i livelli di tensione (alta, media e bassa tensione), ha introdotto sulla rete problematiche quali riduzione dell’inerzia complessiva, e fenomeni di congestione di rete. Questi ultimi sono causati dall’eccesso di produzione di FER immessa in rete.

STORE&GO è un consorzio di 27 partner da sei paesi europei, con un budget totale di 28 milioni di euro finanziati da Horizon 2020. L’obiettivo principale di questo progetto di ricerca è quello di integrare la tecnologia Power to Gas (P2G) all’interno del sistema elettrico europeo. Il principio di base consiste nell’utilizzare il surplus di energia da FER per la produzione, e successivo storage di gas naturale. Sono 3 fino ad ora gli impianti dimostrativi operanti:

  • Falkenhagen, in Germania;
  • Solothurn, in Svizzera;
  • Troia, in Italia.

Di seguito verrà approfondita la struttura dell’impianto dimostrativo presente a Troia, in provincia di Foggia, in Puglia.

La tecnologia Power to Gas

Come già detto precedentemente, l’impianto utilizza l’eccesso di energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili, trasformandola in un vettore energetico, quale il gas naturale.

A partire dall’energia elettrica, si avvia un processo di elettrolisi dell’acqua, il cui prodotto è l’idrogeno. Quest’ultimo subisce successivamente il processo di metanazione all’interno di reattori, per essere trasformato in metano (CH4). La scelta della conversione in gas dell’idrogeno deriva dal fatto che la tecnologia di trasporto e accumulo di esso non ha ancora raggiunto una fase di maturità, a differenza invece di quella ben consolidata del gas (SNG). Il processo di metanazione si basa sulla reazione:

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O            con ΔH298 K=-164,9 kJ/mol

Come si può notare, la presenza di CO2 è fondamentale per la formazione di metano. Nell’impianto a Troia, essa è recuperata direttamente dall’aria, attraverso un’apposita unità di cattura. Nel seguito verrà illustrata. Inoltre, il gas ottenuto è successivamente trasformato in LNG, ovvero gas naturale liquido. Di seguito è riportato uno schema concettuale dell’impianto.

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storeandgo.info

Il processo di elettrolisi

Per il processo di elettrolisi sono state utilizzate delle celle alcaline (AEC). Esse sono delle celle costituite da un elettrolita e due elettrodi. L’elettrolita è generalmente una soluzione acquosa di idrossido di sodio (NaOH) o idrossido di potassio (KOH). Gli elettrodi sono costituiti da acciaio rivestito di nichel (nichel-coated steel). In figura ne è raffigurato un esempio.

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Funzionamento di una cella alcalina AEC.
fuelcelltoday.com

Queste celle lavorano a temperatura tra 50°C-80°C,e producono in uscita idrogeno ad alta purezza (fino a 15 barg).

Cattura della CO2 dall’aria

La tecnologia più comunemente usata per la cattura dell’anidride carbonica è quella del gas scrubbing: può essere catturata dai fumi di combustione esausti venendo assorbita in un solvente chimico , ad esempio la monoetanolammina. La CO2 viene poi separata dal solvente per filtrazione tramite membrana ad alta pressione o separazione criogenica, e successivamente stoccata. Questo processo, però, ha elevati costi e elevati consumi di energia.

Nell’impianto descritto, la CO2 viene catturata dall’aria attraverso l’assorbimento da parte di filtri. L’azienda Climeworks ha installato nell’impianto il suo Direct Air Capture, dispositivo con cui avviene la cattura della CO2.

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Processo di cattura dell’anidride carbonica
climeworks.com

Come è rappresentato nella figura, l’aria aspirata passa attraverso un filtro, al quale si lega l’anidride carbonica. Il materiale filtrante è costituito da granulati porosi modificati con ammine, che legano la CO2 in congiunzione con l’umidità nell’aria. Una volta che il filtro è saturo di CO2 , esso viene riscaldato (utilizzando principalmente calore di bassa qualità come fonte di energia) a circa 100 °C . La CO2 viene quindi rilasciata dal filtro e raccolta come gas concentrato. L’ aria priva di CO2 viene rilasciata nuovamente nell’atmosfera.

Nella seconda parte vedremo il processo di metanazione e di liquefazione del gas naturale.