La sua diffusione è per il momento frenata da barriere di natura tecnica, economica e normativa. Senza considerare i costi. Allo stato attuale, idrogeno e metano di origine fossile hanno un costo di circa dieci volte inferiore, comparato a quello prodotto dalle rinnovabili. La ricerca, fatta anche in collaborazione con i soggetti industriali, è quindi cruciale per dare impulso allo sviluppo della filiera

Che tipo di progetti portate avanti sul power to gas?

I progetti svolti in ENEA sul tema del power to gas prevedono sia attività di natura sperimentale, sia attività di confronto con i principali operatori pubblici e privati del settore. A titolo di esempio ENEA ha un accordo con la SNAM, il principale TSO (Transmission System Operator) della rete gas, la cui collaborazione prevede l’approfondimento delle tematiche correlate all’accoppiamento delle reti di trasporto di energia elettrica e gas naturale attraverso il power to gas, al fine di rendere più flessibile e sicuro il sistema energetico nazionale. Con la società SGI, secondo operatore nazionale, è stato condotto un progetto denominato PEGASUS volto alla definizione di un impianto power to gas accoppiato a un impianto di digestione anaerobica per promuovere l’uso innovativo delle reti, l’accumulo e la distribuzione di gas diversi da quello naturale.

Ci sono progetti che rientrano nella Ricerca di Sistema?

Nell’ambito della Ricerca di Sistema, negli anni 2019-2021, l’ENEA ha sviluppato tecnologie innovative inerenti processi e tecnologie per la produzione, la conversione e l’utilizzo dell’idrogeno: costituiscono l’insieme delle tecnologie che compongono la filiera del power to gas. Si tratta per lo più di ricerca di base con valori TRL (Technology Readiness Level) non elevato. I progetti sviluppati hanno riguardato più tecnologie. Si sono studiati sistemi innovativi di produzione di idrogeno da fonti rinnovabili, con la validazione su scala di laboratorio di sistemi di elettrolisi operanti a bassa temperatura, basati sulla tecnologia AEM (membrane a scambio anionico), e operanti ad alta temperatura, basati sulla tecnologia ad ossidi solidi. Relativamente alla conversione dell’idrogeno in prodotti finali è stato realizzato un impianto sperimentale per la sintesi diretta del DME (dimetil etere), presso il quale è possibile studiare catalizzatori innovativi e condizioni operative differenti. Sono state svolte, sempre in ambito Ricerca di Sistema, attività di ricerca sulla metanazione biologica in situ, ovvero sul processo di conversione di idrogeno e CO2 in metano realizzato all’interno del reattore di digestione anaerobica.
Passando alla scala prototipale, dato il livello di maturità tecnologica più elevato, per lo studio dei processi di conversione dell’idrogeno rinnovabile è in corso di realizzazione un impianto power to gas composto da un elettrolizzatore da 25 kWe (riferendoci all’alimentazione elettrica) e da una sezione di conversione della CO2 e dell’idrogeno in metano sintetico. Tale impianto permetterà di studiare sistemi catalitici innovativi, configurazioni di reattori innovative e diverse condizioni operative di temperatura e pressione con l’obiettivo di incrementare le rese in metano. Il prototipo infine consentirà di studiare il processo e valutarne le rese in funzione degli effetti del funzionamento intermittente ossia dinamico tipico delle rinnovabili.

Quali sono i risultati più significativi che avete ottenuto?

I risultati si riferiscono all’implementazione e studio delle soluzioni innovative che essendo nella loro fase sperimentale di laboratorio si riferiscono all’individuazione di nuovi materiali e nuove condizioni operative.
Altri risultati si riferiscono alla realizzazione di impianti, come l’impianto prototipale power to gas, di produzione di metano sintetico equipaggiato da un elettrolizzatore da 25 kWe, che è in corso di realizzazione presso il centro ricerca Casaccia dell’ENEA.
Infine va citata l’iniziativa Hydrogen demo Valley. Si tratta di un ecosistema idrogeno, che verrà realizzato presso il centro della Casaccia, una piattaforma polifunzionale utile a dimostrare le tecnologie di produzione, iniezione, trasporto, distribuzione ed utilizzo finale dell’idrogeno lungo tutta la filiera, valutando gli impatti a partire dal blending fino ad utilizzi al 100%. Con un accoppiamento dell’elettrolizzatore da 200 kWe con un parco fotovoltaico. L’obiettivo principale del progetto è quello di creare un’infrastruttura integrata che miri a dimostrare la fattibilità, la funzionalità, la sostenibilità, la resilienza e la sicurezza di un ecosistema a base di idrogeno, nonché ad offrire all’industria la possibilità di sperimentare e validare, in un ecosistema dedicato, le soluzioni tecnologiche con diversi gradi di maturità tecnologica, su scala significativa. Tale infrastruttura è stata sviluppata nell’ambito dei finanziamenti Mission Innovation e si pone come obbiettivo di diventare un incubatore tecnologico in cui realizzare e validare le diverse tecnologie della filiera dell’idrogeno.

Che tempi ci sono per lo sviluppo di soluzioni competitive dal punto di vista commerciale?

Dipende da settore a settore, vi sono tecnologie già disponibili commercialmente, ma che abbisognano di ulteriori sviluppi sia in termini di efficienze che in termini di sviluppo di scala, come gli elettrolizzatori alcalini e PEM (con membrane a scambio protonico), che dispongono di prodotti commerciali fino alla taglia di circa 1 MWe, e su taglie minori per gli elettrolizzatori ad alta temperatura. Altre tecnologie anche se già disponibili sul mercato, come ad esempio i reattori di conversione in metano o in dimetiletere, necessitano di attività di ricerca per la loro implementazione in processi nuovi.

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