INIZIATIVE DI INNOVAZIONE

Power-to-Gas: energia rinnovabile per la produzione di metano

La sfida legata alla riduzione delle emissioni climalteranti ha portato negli ultimi anni a un continuo aumento della produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili che sarà destinata a crescere in misura sempre più sostenuta secondo quanto previsto dal PNIEC. La consistente presenza di fonti non programmabili come il solare fotovoltaico e l’eolico, crea però problematiche legate alla stabilità della fornitura di energia elettrica.

Raramente è possibile consumare l’energia nello stesso istante in cui viene prodotta, rendendo via via più complessa la gestione della rete.

Inoltre il fabbisogno di energia per finalità “termiche”, ossia per il riscaldamento, crea un’elevata punta di domanda nei mesi invernali contro una maggiore produzione di energia rinnovabile nei mesi estivi (Figura 1).

Figura1 - Domanda termica a confronto con produzione non programmabile da fonti di energia rinnovabile. (Fonte: Elaborazione SGI su dati PNIEC)

Le tecnologie e le strategie per l’accumulo di energia, 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.

L’Autorità di Regolazione per Energia Reti e Ambiente (ARERA) ha avviato un processo per la definizione di iniziative innovative nell’utilizzo delle reti di trasporto gas (DCO 420/2018/R/gas https://www.arera.it/it/docs/18/420-18.htm ) dove gli obiettivi generali dell’intervento dell’Autorità sono riconducibili ad una crescente attenzione allo sviluppo e all’applicazione diffusa di tecnologie innovative a supporto della decarbonizzazione, dell’integrazione delle fonti rinnovabili nell’infrastruttura esistente nonchè tra settori elettrico e gas.

Tra le possibili strategie di accumulo attualmente in studio, il Power-to-Gas, costituisce ad oggi il punto focale della politica di innovazione energetica Green globale. È considerato uno dei punti di riferimento dell’energia del futuro, nel quadro della transizione ad altre forme di approvvigionamento basate sullo stoccaggio di risorse e l’impiego delle fonti rinnovabili. Con il Power‐to‐gas si punta a 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 dell’idrogeno da un lato (mediante elettrolisi dell’acqua) e di metano sintetico dall’altro (mediante metanazione, basata sul processo Sabatier).

L’idrogeno, grazie al suo potere calorifico è un importante vettore energetico già ampiamente utilizzato nell’industria. Nonostante sia l’elemento maggiormente diffuso sulla Terra, esso non è disponibile in natura allo stato puro: il 96% dell’idrogeno viene oggi prodotto attraverso processi di trasformazione di idrocarburi fossili che contribuiscono in maniera significativa alle emissioni di CO₂, e per questo è anche denominato idrogeno grigio (grey hydrogen). Nell’ottica del Power-to-Gas, in una prima fase viene prodotto idrogeno interamente carbon free tramite elettrolisi, ovvero la scissione della molecola d’acqua in ossigeno e idrogeno in fase gassosa. Questo processo endotermico richiede un contributo energetico dall’esterno: è, infatti, l’elettricità disponibile da fonti energetiche rinnovabili ad alimentare l’elettrolizzatore che permette la scomposizione della molecola di H₂O nel suoi elementi costituivi. L’idrogeno cosi prodotto è denominato idrogeno “verde” (green hydrogen).

L’ulteriore passaggio di metanazione è un processo chimico-fisico che permette di ottenere metano a partire dalla reazione di gas quali idrogeno e anidride carbonica (recuperata, quest'ultima, da processi di upgrading del biogas in biometano, e che normalmente verrebbe ventata in atmosfera). Dal punto di vista termodinamico si tratta di reazioni esotermiche favorite dalla contemporanea presenza di 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 con specifiche adeguate per l’immissione nella rete di trasporto gas che permette quindi l’accesso a tutte le ulteriori funzionalità del sistema nazionale del gas (stoccaggio e distribuzione).

Nell’ambito del PtG SGI, in collaborazione con ENEA e qualificati partner industriali, ha avviato il Progetto Pegasus.