Gas rinnovabile da idrogeno e CO₂
Nuovo impianto di metanazione a sorteggio presso l'Empa
Il 16 giugno l'Empa ha inaugurato il suo nuovo impianto di metanazione. Il progetto di ricerca move-MEGA è il primo a dimostrare su scala pilota la cosiddetta metanazione potenziata con sorteggio, una tecnologia sviluppata all'Empa che rende il processo power-to-gas più flessibile e robusto. Il metano sintetico prodotto può fungere da vettore energetico rinnovabile, sostituendo il gas naturale fossile. In combinazione con la pirolisi del metano, è anche possibile produrre idrogeno a zero emissioni di CO₂.
Il nuovo impianto di metanazione dell'Empa, move-MEGA, riunisce componenti centrali della transizione energetica: Produce metano da idrogeno e CO₂ rinnovabili, con un'attenzione particolare all'aumento della flessibilità di carico del processo - un vantaggio cruciale per l'utilizzo di fonti di elettricità rinnovabili fluttuanti. L'innovativo impianto dimostrativo mostra come l'energia solare rinnovabile possa essere convertita direttamente in idrogeno tramite elettrolisi e poi, insieme alla CO₂ catturata dall'aria ambiente, trasformata in metano sintetico - pronto per essere immesso nella rete del gas. L'integrazione diretta di questi processi in un unico sito è unica nel suo genere.
Un nuovo approccio: flessibilità di carico ed efficienza
Il cuore del nuovo impianto è un processo definito metanazione potenziata con assorbimento, in cui pellet di zeolite con pori di dimensioni definite fungono da vettore catalitico. Queste pellet adsorbono l'acqua prodotta come sottoprodotto durante la metanazione, spostando l'equilibrio chimico a favore della formazione di metano. Di conseguenza, il processo può funzionare a pressioni e temperature più basse e il metano prodotto può essere utilizzato direttamente o iniettato nella rete del gas senza un elaborato post-trattamento.
Un aspetto fondamentale dello sviluppo di questo nuovo processo è stata la gestione termica: Per garantire un funzionamento continuo, sono necessari almeno due reattori, che si alternano tra produzione di metano e rigenerazione/essiccazione. Per questa fase di essiccazione, è essenziale una sofisticata gestione termica, che consenta di rimuovere il calore di scarto della metanazione dal reattore o di immagazzinarlo nel letto catalitico. Il team dell'Empa guidato da Florian Kiefer e Andreas Borgschulte ha trascorso più di cinque anni a sviluppare questa tecnologia, passando dalla ricerca di base agli impianti su scala di laboratorio fino a un dimostratore funzionale.
"Grazie alla metanazione potenziata dall'assorbimento e alla gestione termica avanzata, otteniamo alti tassi di conversione e una flessibilità di carico significativamente maggiore rispetto ai metodi convenzionali. Questo rende la tecnologia particolarmente interessante per l'accoppiamento diretto con impianti fotovoltaici o eolici", spiega il responsabile del progetto move-MEGA Florian Kiefer.
Dal metano sintetico a un pozzo di CO₂ - nuove strade per la protezione del clima
Il dimostratore power-to-gas integra anche un'unità di cattura diretta dell'aria (DAC), che consente di ottenere la CO₂ necessaria per la metanazione direttamente dall'aria ambiente. Questo crea il presupposto per emissioni negative di CO₂: In una fase successiva, il metano può essere scisso attraverso la pirolisi del metano in carbonio solido e idrogeno, come dimostrato negli attuali progetti di ricerca dell'Empa. Il carbonio solido funge da serbatoio di CO₂ a lungo termine e può essere utilizzato in materiali da costruzione come il cemento o l'asfalto. L'idrogeno può essere utilizzato come vettore energetico per le applicazioni industriali ad alta temperatura che attualmente dipendono dai combustibili fossili e sono difficili da elettrificare. Attualmente è in corso un progetto dimostrativo in collaborazione con l'Associazione per la decarbonizzazione dell'industria (VzDI) di Zugo.
"La metanazione combinata con la pirolisi del metano apre una strada per combinare la fornitura di energia rinnovabile con la rimozione permanente di CO₂ dall'atmosfera. Ciò consente di ottenere emissioni negative di CO₂", spiega Christian Bach, iniziatore del progetto move-MEGA e responsabile del laboratorio Chemical Energy Carriers and Vehicle Systems dell'Empa.
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