Nuovo reattore per la metanizzazione

I vettori energetici sintetici rendono l’energia rinnovabile trasportabile e immagazzinabile a lungo termine: il metano è uno di questi. I ricercatori Empa hanno appena sviluppato un nuovo concetto di reattore per la metanizzazione che riduce la perdita di energia durante la produzione.

Il pioniere tedesco dei biocarburanti Verbio dispone già di un’intera flotta di camion alimentati a metano con biogas nel serbatoio. Fonte: Verbio

La mobilità sostenibile significa sostituire i carburanti fossili con energia rinnovabile. Ciò è possibile anche grazie al biogas. Il biogas ricavato dai residui è infatti rinnovabile e neutrale in termini di CO₂, poiché la stessa quantità di CO₂ si otterrebbe se la biomassa marcisse inutilizzata. Pertanto il biogas, così come altri vettori energetici sostenibili e il metano sintetico, contribuisce a ridurre drasticamente le emissioni di CO_2.

Ne consegue che l’uso diretto dell’energia elettrica da fonti rinnovabili nei veicoli elettrici è altrettanto ragionevole quanto l’uso dell’energia rinnovabile per la produzione di carburanti a basse emissioni di CO₂, come l’idrogeno o il metano. Questi carburanti elettrici possono essere utilizzati anche nella flotta esistente o come carburanti sostenibili per i trasporti pesanti e a lunga distanza. L’Empa sta sperimentando a Dübendorf ZH insieme a partner della ricerca, dell’economia e del settore pubblico la mobilità del futuro senza energia fossile.

Christian Bach, responsabile del dipartimento Sistemi di propulsione per veicoli dell’Empa, spiega come funziona il dimostratore di mobilità “move”. Fonte: Empa

«Il gas sintetico ha un enorme potenziale se prodotto a partire da CO₂ atmosferico e idrogeno da fonti rinnovabili» afferma Christian Bach, responsabile del Dipartimento Sistemi di propulsione automobilistica dell’ Empa. «Per produrre idrogeno, tuttavia, non serve solo elettricità rinnovabile, ma anche molta acqua. Nel nostro dimostratore di mobilità vogliamo quindi estrarre dall’atmosfera, oltre al CO₂, anche l’acqua per produrre idrogeno utilizzando un collettore di CO₂ dello spin-off del PF di Zurigo Climeworks».

Un problema nella produzione di metano sintetico, che nel cosiddetto dimostratore di mobilità «move» può già essere utilizzato da autovetture e autocarri, è la perdita di energia relativamente elevata durante la conversione; inoltre, le tecniche attuali richiedono la depurazione del metano. I ricercatori Empa hanno però sviluppato un nuovo concetto ottimizzato di reattore per la metanizzazione – cioè la produzione di metano sintetico da idrogeno e CO₂ – che riduce drasticamente la perdita di energia. Le conoscenze acquisite con il nuovo progetto di reattore servono inoltre da base per la costruzione di nuovi grandi impianti.

Fonte: Empa

Il gas prodotto con un processo catalitico contiene ancora idrogeno che ne impedisce l’immissione diretta nella rete del gas. I ricercatori Empa Florian Kiefer, Marin Nikolic, Andreas Borgschulte e Panayotis Dimopoulos Eggenschwiler hanno sviluppato un nuovo concetto in cui la formazione di idrogeno è impedita sul lato prodotto. I ricercatori Empa hanno così ottenuto un controllo del processo più semplice e una migliore idoneità al funzionamento dinamico, ad esempio l’accoppiamento con energie rinnovabili disponibili a intermittenza. Il metano senza idrogeno viene prodotto nel «movimento» (move) tramite la cosiddetta metanizzazione potenziata mediante sorteggio. L’idea è la seguente l’acqua prodotta dalla reazione viene permanentemente assorbita su un supporto catalitico poroso durante il processo di metanizzazione. Questa continua rimozione dell’acqua fa sì che il prodotto risultante sia solo metano, in forma pura. Non è quindi necessario purificare la miscela di prodotti (come è stato fatto finora) prima si immettere il gas sintetico nella rete.

Il ricercatore dell’Empa Florian Kiefer, responsabile del progetto per la metanazione con assorbimento, controlla l’impianto sperimentale. Fonte Empa

La soluzione è intelligente: al termine della reazione, il supporto catalitico viene nuovamente essiccato riducendo la pressione ed è pronto per il ciclo di reazione successivo. «Questo processo è più flessibile e stabile rispetto ai precedenti» spiega Florian Kiefer, responsabile di progetto per la metanizzazione potenziata mediante sorteggio. «Presenta inoltre un certo potenziale di risparmio energetico, in quanto operiamo a una pressione inferiore del reattore e possiamo fare a meno della separazione e del riciclo dell’idrogeno. Tuttavia, una valutazione precisa dell’efficienza energetica sarà possibile solo una volta completato il dimostratore».

Per quasi tre anni Florian Kiefer e il suo team hanno studiato un nuovo concetto di reattore. Dato che l’attenzione si è concentrata sull’upscaling del processo, ovvero su un concetto di implementazione del processo in impianti su larga scala, il tempo di rigenerazione per l’essiccazione del reattore era particolarmente importante. La soluzione: per garantire una produzione continua di metano è necessario far funzionare alternativamente almeno due reattori. Il nuovo processo consentirà di produrre synfuels con una minore perdita di energia. Si tratta di un passo importante per eliminare le critiche più volte espresse sui carburanti sintetici. (pd/jas, 26 gennaio 2023)

Con il loro lavoro, i ricercatori dell’Empa dimostrano che i vettori energetici sintetici non solo sono ecologici per quanto riguarda la CO₂, ma possono anche rendere l’energia rinnovabile trasportabile e immagazzinabile a lungo termine. Fonte: Empa