Scenari per una nuova “era del ferro”: il ferro affianca l’idrogeno come fonte energetica

Che si tratti di energia eolica proveniente dalle regioni costiere o di energia solare dalle zone desertiche, in futuro il ferro potrebbe fungere da vettore energetico trasportabile per rendere utilizzabili queste energie rinnovabili in tutto il mondo. «Questo processo funziona in un ciclo chiuso senza emissioni di anidride carbonica né sostanze nocive per l’ambiente», afferma Julia Schuler dell’Istituto di Gestione Industriale e Produzione Industriale (IIP) del KIT. Per la produzione di energia viene bruciata la polvere di ferro. Ciò che rimane è l’ossido di ferro, ovvero la ruggine. Questo viene poi ridotto nuovamente a ferro con l’ausilio di idrogeno rinnovabile, rimuovendo l’ossigeno in esso contenuto. La polvere di ferro è pronta per essere riutilizzata. «Durante la combustione, la polvere di ferro si comporta in modo molto simile al carbone. Pertanto, nella ricerca ci si chiede se le centrali a carbone esistenti possano essere convertite alla combustione del ferro», spiega Schuler. Sarebbero necessari adeguamenti soprattutto nel generatore di calore, mentre altri componenti della centrale, come il circuito del vapore, le turbine, il generatore e l’allacciamento alla rete, potrebbero essere riutilizzati in questo contesto.

Il ciclo del ferro integra l’economia dell’idrogeno

Partendo dai risultati del progetto di ricerca «Clean Circles» sul ciclo del ferro, gli scienziati del KIT hanno ora esaminato, in uno studio finanziato dalla Fondazione per la ricerca energetica del Baden-Württemberg, come il ciclo del ferro possa essere impiegato per la produzione di energia elettrica in un sistema energetico europeo a impatto zero sul clima. A tal fine, hanno ampliato un modello consolidato di sistema energetico (PERSEUS) includendo l’opzione di conversione delle centrali a carbone, gli impianti di riduzione, nonché le vie di stoccaggio e trasporto. Con l’ausilio del modello ampliato, hanno poi ottimizzato lo sviluppo del sistema energetico europeo fino al 2050. In questo contesto, il ciclo del ferro è stato messo a confronto con altre tecnologie quali batterie, sistemi di stoccaggio dell’idrogeno e centrali a idrogeno.

I risultati dimostrano che il ferro non sostituisce la produzione di energia elettrica a base di idrogeno, ma può integrarla in modo sensato in un sistema energetico climaticamente neutro. Il ferro offre vantaggi soprattutto come sistema di stoccaggio a lungo termine. La polvere è relativamente facile da immagazzinare e trasportare, mentre l’utilizzo dell’idrogeno richiede una complessa rete di condutture, terminali di importazione e depositi sotterranei. Con la polvere di ferro, l’energia rinnovabile potrebbe essere trasportata anche a livello globale con un minore dispendio infrastrutturale. Allo stesso tempo, gli impianti di riduzione locali potrebbero convertire le eccedenze di energia elettrica in Europa, attraverso la fase intermedia della produzione di idrogeno, in polvere di ferro come vettore energetico immagazzinabile.

Nelle simulazioni, le centrali elettriche alimentate a polvere di ferro si sono rivelate particolarmente interessanti nei paesi con possibilità limitate di sfruttare l’energia idroelettrica o di stoccare l’idrogeno nel sottosuolo. In tali regioni, il ferro può contribuire a colmare le lacune di approvvigionamento durante periodi prolungati di scarsa produzione di energia da impianti eolici e solari. Allo stesso tempo, alleggerisce il carico sull’infrastruttura dell’idrogeno, ad esempio quando le capacità di importazione o le condutture di trasporto raggiungono i propri limiti. A causa delle numerose centrali a carbone presenti sul territorio, il potenziale è particolarmente elevato anche in Germania. Turbine, collegamenti alla rete, reti di teleriscaldamento e altre parti dell’infrastruttura potrebbero essere mantenute.

Ridurre i costi con il ciclo del ferro

I ricercatori hanno valutato come un segnale incoraggiante per l’ulteriore sviluppo della tecnologia il fatto che le centrali alimentate a polvere di ferro fossero, in tutti gli scenari considerati, parte integrante di un sistema energetico a costi minimi. «In futuro il ferro potrebbe svolgere un ruolo specifico, ma economicamente sensato, nel raggiungimento della neutralità climatica e nel garantire una disponibilità affidabile delle energie rinnovabili», afferma Schuler. L’effettivo avvento di una nuova «età del ferro» dipenderà in larga misura dalla complessità della conversione delle centrali elettriche esistenti e dall’efficienza con cui in futuro sarà possibile ridurre nuovamente l’ossido di ferro a ferro.