Il progetto Bionico, acronimo complesso di BIOgas membrane reformer for deceNtralIzed hydrogen ProduCtiOn (in italiano produzione di idrogeno da biogas mediante reattori a membrana) è portato avanti da un consorzio costituito da otto partner provenienti da sette Paesi europei (Italia, Spagna, Paesi Bassi, Regno Unito, Svizzera, Germania e Portogallo): Politecnico di Milano, Technical University of Eindhoven, Tecnalia, Quantis, insieme ai partner industriali Johnson Matthey, Ici Caldaie, Rauschert e ENC.

Del team fanno parte circa 20 ricercatori, coordinati dai docenti del Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano, ai quali è stato attribuito il compito di progettare e simulare l’intero processo per l’ottimizzazione di sistema. Abbiamo quindi chiesto di illustrare il progetto, avviato nel 2015, a Marco Binotti e al collega Gioele di Marcoberardino, ricercatori presso il GECOS (Group of Energy COnversion Systems) del dipartimento di Energia del Politecnico di Milano.

UN PROGETTO INTERNAZIONALE FINANZIATO DA HORIZON 2020

Binotti, che ricorda come il progetto sia stato finanziato nell’ambito del programma Horizon 2020, non crede che l’interesse sull’idrogeno per produrre energia pulita sia stato un po’ trascurato, visti i tempi lunghi di ritorno. “Le potenzialità dell’idrogeno sono quelle di un vettore energetico che localmente non ha emissioni inquinanti e di anidride carbonica e quindi risulta interessante sia per i trasporti sia per la produzione di energia elettrica, permettendo inoltre l’utilizzo di sistemi di conversione ad alta efficienza (fuel cells)”. Peraltro in Europa c’è interesse: “Attualmente l’UE, sta puntando sull’idrogeno come vettore enegetico del futuro, sponsorizzando una rete di progetti coordinati dalla Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking (Celle a combustibile e idrogeno). La FCH-JU è un partenariato pubblico-privato che sostiene attività di ricerca, sviluppo tecnologico e dimostrazione sulle tecnologie delle celle a combustibile e idrogeno in Europa legate al programma di finanziamento alla ricerca Horizon 2020”. I due ricercatori sottolineano come attualmente “l’idrogeno possa  essere prodotto da più fonti energetiche permettendo quindi maggiore sicurezza energetica anche grazie all’integrazione con le fonti rinnovabili”.

BIONICO: PRODURRE IDROGENO DA RIFIUTI SOLIDI E SCARTI DI PRODUZIONE

Produrre idrogeno da biogas, sostengono, è un passaggio fondamentale. “Ad oggi il 95% dell’idrogeno è prodotto da fonti fossili mentre il biogas è naturalmente generato dalla decomposizione della materia organica presente sia nelle colture sia nei rifiuti da parte di batteri anaerobi e può essere utilizzato per la produzione di energia. Con Bionico, saremmo in grado di produrre idrogeno verde dai rifiuti solidi da discarica, dai residui della produzione alimentare e dalla zootecnica. Il nostro tentativo, quindi, è di focalizzarci sull’idrogeno green”.

Bionico “punta a produrre idrogeno con maggior efficienza e minori costi: a regime l’impianto dovrebbe produrre 100 kg di idrogeno puro al giorno in modo totalmente green”. L’innovazione del progetto “sta nello sviluppo di in un reattore catalitico a membrane che lavora a temperature inferiori rispetto ai sistemi tradizionali (550 vs 800°C tipici dei sistemi convenzionali) e consente la contemporanea produzione e separazione dell’idrogeno. Il reattore a membrane, che sarà il più grande al mondo per la produzione di idrogeno da biogas, implementerà più di 100 membrane, e sarà in grado di raggiungere un rendimento complessivo superiore al 70%, superiore almeno del 10% rispetto ai sistemi convenzionali della stessa taglia, permettendo la semplificazione del sistema con vantaggi in termini di riduzione dei costi”.

Il processo prevede che “all’interno del reattore a membrana avvengano delle reazioni che convertono il metano contenuto nel biogas in idrogeno. La reazione è facilitata da un catalizzatore presente nel reattore, all’interno del quale le membrane tubolari a base di palladio su supporto ceramico separano selettivamente una corrente purissima di idrogeno”.

I campi di applicazione dell’idrogeno come vettore energetico riguardano principalmente “la mobilità e la produzione di energia elettrica. Ma ci sono industrie che per li processi produttivi necessitano di idrogeno, come per esempio le vetrerie”.

Per le sue caratteristiche “questo impianto consentirebbe una produzione di idrogeno decentrata, su piccola scala. Le dimensioni sono paragonabili a quelle di una stazione di rifornimento di idrogeno per la mobilità sostenibile,il che permetterebbe lo sviluppo di una rete di distribuzione capillare”.

PRIMO IMPIANTO PRONTO NEL 2019

I tempi di realizzazione del progetto sono abbastanza stretti. “Adesso il reattore è in fase di costruzione a Verona e nelle prossime settimane ICI dovrà assemblare le membrane del partner spagnolo. A quel punto dovrà essere integrato con i componenti ausiliari del sistema, che comprendono ad esempio i compressori del biogas e dell’aria. Dopo un primo avviamento a Verona, il prototipo verrà trasportato e installato in Portogallo dove sarà alimentato con biogas prodotto da un impianto reale. La conclusione del progetto è prevista per il 2019”.

Quanto all’interesse per l’idrogeno, “le proiezioni indicano che negli Stati Uniti e in Europa la richiesta è in costante aumento. Per ora i costi di Bionico non sono competitivi con la produzione tradizionale di idrogeno da combustibili fossili.Ma la richiesta di minore inquinamento atmosferico, soprattutto nei centri urbani, favorirà lo sviluppo di trasporto pubblico più pulito. E la richiesta di idrogeno sta aumentando. Da tener presente, infine, che in Europa si sta lavorando per la certificazione di provenienza dell’idrogeno green”.