Analisi tecnico-economica di un polygeneration plant che combina il processo di upgrading del biogas con la metanazione della CO2 e la valorizzazione dell'H2 rinnovabile per la mobilità = Techno-economic analysis of a polygeneration plant combining biogas upgrading with CO2 methanation and renewable H2 valorization to mobility

Su scala mondiale, il gas naturale costituisce ancora un elemento fondamentale del mercato energetico e questa realtà persisterà a lungo nel tempo. Al fine di conseguire gli obbiettivi mondiali rivolti alla riduzione di emissioni di gas climalteranti, la produzione di metano da fonti rinnovabili costituisce una soluzione in grado di essere implementata nell’attuale sistema energetico senza comportare impatti (e investimenti) a livello delle infrastrutture di trasporto/distribuzione e per gli utenti finali. Lo scenario appare particolarmente conveniente se vengono sfruttate fonti da cui la produzione di gas risulta inevitabile; mentre, l’utilizzo di altri materiali rinnovabili, come i residui delle produzioni cerealicole, potrebbero svolgere facilmente il ruolo di sequestro di CO2 nel terreno. A tal proposito, i liquami dei sistemi di trattamento delle acque, essendo prodotti di difficile smaltimento e produttori spontanei di CH4 e CO2 a causa dei processi anaerobici intrinsechi, rappresentano una valida fonte di energia rinnovabile. Si evita così il dispendio di energia potenziale, sotto forma di materiale non digerito dai batteri, contenuto nella loro matrice. La prospettiva vantaggiosa riduce al minimo il quantitativo di materiale di scarto e sensibilmente la quantità di gas che verrebbero rilasciati in atmosfera senza generare vantaggi dal punto di vista ambientale. La produzione di biogas però presenta alcuni svantaggi generati dalla presenza di CO2 nella miscela oltre al metano. Ciò ne determina una densità di energia relativamente bassa che non permette l’utilizzo di questo vettore energetico con relativa efficacia. Al fine di arginare tali problematiche, si ricorre a processi basati su tecnologie di upgrading per la separazione della miscela in metano e CO2. La valorizzazione migliore per questo gas risulta la produzione di ulteriore metano generato a partire dalla CO2 separata tramite un processo di metanazione. Tuttavia, lo svolgimento di tale reazione richiede una portata di idrogeno, il quale, a differenza dei combustibili fossili, estratti da giacimenti naturali, non è una risorsa primaria; ciò significa che per generare idrogeno dall’acqua sarà necessario spendere energia. Le fonti energetiche utilizzate per produrre questo vettore rivestono un ruolo fondamentale siccome l’utilizzo di un gas sintetico derivante da fonti non rinnovabili non sarebbe ecologicamente sostenibile. Perciò, la scelta ricade su un sistema di elettrolizzatori alimentati da fonti rinnovabili come l’energia fotovoltaica prodotta da un impianto dedicato. Essendo non in fase la domanda di idrogeno e la produzione di energia fotovoltaica, oltre all’installazione di un serbatoio per l’accumulo, nasce la possibilità di rivendita del vettore come carburante per la mobilità. La progettazione di tale sistema richiede però un’analisi economica complessiva al fine di definirne la fattibilità e di fornire un modello economico che consenta di effettuare una stima realistica della profittabilità attraverso diverse configurazioni. Si aprono quindi diversi scenari legati alla minimizzazione dei costi e alla conseguente valutazione di immissione di energia elettrica dalla rete nell’impianto per sopperire all’indisponibilità di energia solare. Lo studio ha l’obbiettivo di delineare la configurazione calcolandone l’effettiva efficacia e fattibilità, in attesa che un sistema di produzione di energia così promettente possa essere realizzato su larga scala.