Energia elettrica da fonte rinnovabile per produrre combustibili rinnovabili come idrogeno verde e metano sintetico a partire dall'idrolisi dell'acqua. Al Crs4, il Centro di ricerca del parco tecnologico della Sardegna, stanno studiando la realizzazione di un impianto “Power to gas”. I ricercatori stanno sperimentando anche la trasformazione dell'idrogeno in metano, tramite un processo che chiama in causa particolari microorganismi, tra i più antichi esseri viventi del pianeta, capaci di legare idrogeno e CO2 producendo bio-metano.
Alberto Varone, 55 anni, cagliaritano, laurea in fisica, al CRS4 svolge attività di ricerca in ambito energetico e ambientale, sia dal punto di vista teorico che sperimentale.
Attualmente si occupa della cattura di anidride carbonica (CO2) per la produzione di metano: scopo del progetto è quello di produrre valutazioni tecniche ed economiche di tecnologie rilevanti per la produzione di combustibili sostenibili da energie rinnovabili e da CO2.
Collabora con gruppi di ricerca dell'Università di Cagliari e con quelli di Sardegna Ricerche (socio unico del CRS4) nell'ambito della Piattaforma regionale per le energie rinnovabili di Sardegna Ricerche ed è coinvolto in un progetto di ricerca e sviluppo su sistemi energetici intelligenti che includono la produzione di bio-metano da residui e rifiuti.
Cosa significa produrre idrogeno verde e metano sintetico da fonti rinnovabili?
“L’idrogeno verde si ottiene dall’elettrolisi dell’acqua tramite l’utilizzo di energia elettrica che proviene interamente da fonti rinnovabili. Attualmente ci sono diversi modi per ottenere idrogeno:
L’idrogeno “nero” è il meno amato perché viene estratto dall’acqua usando la corrente prodotta da una centrale elettrica a carbone o a petrolio. È “grigio” più del 90% dell'idrogeno oggi prodotto. Questo elemento ha usi industriali, per esempio nella chimica. può essere lo scarto produttivo di una reazione chimica, oppure può essere estratto dal metano (che è formato da idrogeno e carbonio) o da altri idrocarburi provenienti da fonti fossili. Viene definito “blu” l’elemento estratto da idrocarburi fossili dove, a differenza del “grigio”, l’anidride carbonica che risulta dal processo non viene liberata nell’aria bensì viene catturata e immagazzinata tramite le tecnologie CCS (Carbon Capture and Storage – cattura del carbone e stoccaggio). L’idrogeno “viola” viene estratto dall’acqua usando la corrente prodotta da una centrale nucleare, cioè a zero emissione di anidride carbonica (CO2). Il metano sintetico (SNG - Synthetic Natural Gas) invece, è un combustibile del tutto identico al gas naturale, ottenuto in maniera “artificiale” da processi di sintesi, a partire dall’idrogeno e dall’anidride carbonica. L’anidride carbonica utilizzata nel processo di sintesi può avere diversi origini, provenendo ad esempio dalla cattura delle emissioni antropogeniche di processi industriali o biologici, cioè quell’anidride carbonica che evitiamo di immettere in atmosfera, o dalla cattura diretta dall’atmosfera. Il grado di sostenibilità del metano sintetico dipende quindi dall’origine delle sue due componenti principali, idrogeno e anidride carbonica, se ottenuto da idrogeno verde e da anidride carbonica catturata dall’atmosfera, il suo impatto ambientale sarebbe pressoché uguale a zero”.
Un progetto con un duplice vantaggio: produrre energia elettrica un combustibile a basso costo senza inquinare.
“Il problema è più articolato. L’energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili quali il pannelli fotovoltaici e l’eolico ha raggiunto ormai costi competitivi con l’elettricità prodotta da fonti tradizionali, principalmente fossili (carbone, olio combustibile e gas naturale). La loro natura intermittente non permette un utilizzo nel momento preciso in cui avviene la domanda, né l’utilizzo di sistemi di accumulo elettrochimico, tantomeno le batterie, sono in grado di soddisfare le enormi quantità di immagazzinamento richiese da consumi massicci. Inoltre, per molte attività industriali e del settore dei trasporti, un approvvigionamento esclusivamente elettrico non è attualmente percorribile.
Gli sforzi nel settore della ricerca e sviluppo si stanno orientando verso la possibilità di produrre, tramite dei processi di sintesi, dei carburanti liquidi e gassosi del tutto identici a quelli derivati da fonti fossili.
L’idrogeno verde e l’anidride carbonica sono i “mattoncini” utilizzati per la sintesi di questi carburanti che spaziano dal metano sino ai combustibili che utilizziamo tutti i giorni (es. benzina, GPL etc.)”.
Facciamo due conti.
“Da un punto di vista economico il costo per la produzione di idrogeno verde e dei carburanti sintetici sostenibili al momento non è competitivo con gli equivalenti derivati da fonti fossili. Se da un lato il mercato energetico legato alle fonti fossili è sviluppato e consolidato da secoli di investimenti nelle infrastrutture e nello sviluppo, le tecnologie sostenibili innovative legate all’idrogeno stanno iniziando ora il loro ingresso nel mercato. Il green premium, cioè la differenza di costi per produrre la stessa quantità di energia tramite due filiere industriali così diverse, è quindi ancora elevato”.
Come si sviluppa il progetto?
“Il progetto sperimentale Power-to-Gas sviluppato da Italgas, al quale il CRS4 partecipa come consulente scientifico, prevede la realizzazione del primo impianto sul territorio nazionale per la produzione di idrogeno verde da miscelare, a percentuali variabili, nella rete di distribuzione del gas naturale (di origine fossile) di recente realizzazione. In sintesi, il gas naturale utilizzato dagli utenti avrà un contenuto variabili di idrogeno verde e sarà quindi più sostenibile da un punto di vista ambientale. L’impianto sarà dotato di un elettrolizzatore in grado di separare l’acqua in idrogeno ed ossigeno e sarà alimentato da un campo di pannelli fotovoltaici che fornirà l’energia elettrica necessaria. L’idrogeno così prodotto verrà quindi immagazzinato, risolvendo il problema dovuto alla natura intrinsecamente intermittente della produzione di energia solare, ed in seguito immesso in percentuali variabili sia nella rete di distribuzione domestica che in quella industriale. E’ prevista, inoltre, la realizzazione di una stazione di servizio in grado di alimentare i veicoli pesanti (autobus e camion) per i quali le soluzioni elettriche sono attualmente ancora limitate”.
Dove sarà realizzato il primo impianto?
“Nella zona industriale di Sestu”.
I tempi.
“Al momento si sta terminando la fase di design dell’impianto, che si concluderà prima dell’estate. La realizzazione dell’impianto vero e proprio partirà all’inizio del prossimo anno e ci si aspetta che possa essere operativo all’inizio del 2023”.