Combinare biomassa e idrogeno per offrire un’energia verde affidabile
Nonostante offrano energia più pulita, le fonti di energia rinnovabile come l’eolico e il solare sono di natura intermittente e non sono ancora in grado di offrire un’alternativa esaustiva ai combustibili fossili. Per bilanciare l’offerta di energia elettrica con la domanda è necessario garantire uno stoccaggio di energia e generatori che possano entrare rapidamente in funzione; solitamente, sono i generatori a gas naturale che svolgono questo ruolo. «Sebbene le turbine a gas rivestano un importante ruolo nella fornitura di elettricità e calore affidabili, man mano che l’Europa effettua la sua transizione verso fonti energetiche più pulite queste macchine devono adattarsi a nuovi combustibili, come i gas rinnovabili e l’idrogeno», spiega Susanne Paulrud, la coordinatrice del progetto Bio-FlexGen(si apre in una nuova finestra). Per soddisfare questa esigenza, Bio-FlexGen si è concentrato sui progressi degli impianti rinnovabili di cogenerazione di energia termica ed elettrica (CHP, combined heat and power), che bruciano biomassa solida per produrre calore ed elettricità. Il progetto ha sviluppato componenti fondamentali per la tecnologia basata sul ciclo superiore a biomassa(si apre in una nuova finestra) (BTC, Biomass Top Cycle), un sistema più avanzato ed efficiente in cui la biomassa viene prima riscaldata sotto pressione per produrre gas di sintesi, una miscela di idrogeno, monossido di carbonio e altri gas, che viene quindi bruciato per azionare una turbina a gas (il «ciclo superiore»); infine, lo scarico caldo è utilizzato al fine di azionare una turbina a vapore (il ciclo inferiore). Gli operatori possono regolare le impostazioni dell’impianto per massimizzare la produzione di calore, elettricità o idrogeno, a seconda delle esigenze. «La nostra soluzione bilancia l’approvvigionamento energetico sia a breve che a lungo termine, rispondendo alle variazioni giornaliere o stagionali della domanda», aggiunge Paulrud, che lavora come ricercatrice senior presso il RISE Research Institutes of Sweden(si apre in una nuova finestra).
Nuovi approcci all’energia verde
La chiave del successo del progetto è stata la progettazione flessibile del gassificatore di Bio-FlexGen, integrato da un combustore a turbina multi-combustibile. Un letto fluido ibrido(si apre in una nuova finestra) (HFB, hybrid fluidised bed) ha contribuito a disgregare le particelle di biomassa e ad aumentare l’efficienza della reazione chimica, riducendo la generazione di sottoprodotti come il catrame, mentre un combustore per turbine a gas appositamente progettato passa in modo sicuro ed efficiente dalla combustione di gas di sintesi a quella di idrogeno. I test su scala pilota hanno confermato la stabilità e l’affidabilità del funzionamento dell’HFB. «Dato che i tradizionali cogeneratori a biomassa a ciclo di vapore si concentrano principalmente sulla generazione di calore, la produzione di elettricità rappresenta in genere solo il 25-30 % della produzione di energia per unità di biomassa. Il nostro progetto non solo aumenta questa percentuale a oltre il 50%, riducendo i costi e le emissioni, ma consente anche all’impianto di rispondere in modo flessibile alle mutevoli richieste di energia», spiega Paulrud. In inverno, quando la domanda di riscaldamento è elevata e vi è una minore quantità di energia eolica e solare a disposizione, l’impianto BTC può fornire energia e calore affidabili dalla biomassa, mentre nei periodi estivi non di punta trasforma l’energia in eccesso in idrogeno. Le turbine a gas integrate sono inoltre in grado di incrementare rapidamente la potenza, offrendo un’alternativa più pulita rispetto alle tradizionali riserve di combustibili fossili.
L’adattabilità ai sistemi energetici reali
Per verificare la fattibilità economica della soluzione è stata condotta una modellizzazione del sistema energetico applicando il concetto di BTC a due casi d’uso, ovvero un sistema di teleriscaldamento svedese e due siti industriali spagnoli (chimica e cemento). «In Svezia, sebbene la nostra tecnologia aumenterebbe la produzione di energia elettrica rinnovabile e renderebbe il sistema energetico più flessibile, i costi di investimento rappresentano un ostacolo nelle attuali condizioni di mercato, mentre in Spagna il sistema BTC ha permesso di incrementare la redditività e di ridurre le emissioni di anidride carbonica in ogni scenario. Gli utenti industriali associati a una domanda di calore costante sembrano particolarmente adatti a questa tecnologia», osserva Paulrud.
Decarbonizzazione e crescita della bioeconomia
La sostituzione dei combustibili fossili con biomasse rinnovabili e idrogeno aiuterà l’Europa a raggiungere i suoi obiettivi climatici. «I vantaggi tecnici si traducono in un’aria più pulita per i cittadini e in calore ed elettricità più stabili e potenzialmente più convenienti, oltre alla creazione di nuovi posti di lavoro verdi, in particolare nelle regioni rurali e industriali», conclude Paulrud. L’équipe è attualmente concentrata sull’obiettivo di avvicinare i concetti ad applicazioni su larga scala nel crescente mercato europeo della bioenergia.
