Introduzione: Che cos’è il Power-to-Gas?
Poiché il mondo guarda alle fonti di energia rinnovabile come il vento ed il sole per risolvere la sua domanda di energia, gli esperti si trovano di fronte ad un grande e crescente problema: come bilanciare l’offerta e la domanda in una rete elettrica le cui fonti di energia fluttuano in modo naturale. Mentre in alcune giornate si assiste a parecchia energia generata dal sole e dal vento, in altre tale energia termina in breve tempo. Come possiamo aumentare la quota di energia pulita e al contempo riuscire a bilanciare la rete elettrica? La soluzione che permette lo stoccaggio di energia nel lungo periodo e su larga scala è il Power-to-Gas.
Il Power-to-Gas è una tecnologia progettata per integrare l’energia rinnovabile in diversi utilizzi del gas. Il primo stadio nel processo Power-to-Gas è la separazione dell’acqua in idrogeno ed ossigeno, che è possibile grazie ad energia rinnovabile eccedente, generata grazie al vento o al sole. Il processo chimico per cui avviene questa separazione è conosciuto come elettrolisi. In un momento successivo, l’idrogeno può essere attivato cataliticamente con l’anidride carbonica per produrre metano (Power-to-Methane).
La tecnologia Power-to-Methane di Electrochaea: Come funziona?
Electrochaea ha sviluppato una soluzione per l’utilizzo del carbonio su scala industriale, che converte l’elettricità rinnovabile e l’anidride carbonica (CO2) in un gas rinnovabile adatto alla rete, capace di rimpiazzare qualsiasi uso del gas naturale fossile. Questa tecnologia Power-to-Methane, chiamata bio-metanazione, utilizza l’idrogeno (H2) prodotto usando energia rinnovabile e lo combina con l’anidride carbonica (CO2) per produrre metano (CH4), immagazzinando in modo efficace l’energia elettrica nei legami chimici del metano stesso. Questo metano di origine rinnovabile è pienamente compatibile con le infrastrutture attualmente esistenti per il gas naturale. Può essere, infatti, iniettato nelle condutture di gas naturale e stoccato per giorni, settimane oppure mesi. Può anche essere trasportato per essere usato ovunque o, alternativamente, convertito in bio-LNG (gas naturale liquefatto di origine biologica).
In generale, la biometanazione rende minima la capacità necessaria da installare in futuro, consente di avere una fornitura più certa grazie all’elettricità da fonti di energia rinnovabili (in questo caso programmabili), ed ottimizza l’uso di un quantitativo inferiore di elettricità. Come mostrato nella Figura n.2, la biometanazione permette il cosiddetto sector coupling (convergenza tra settori) ed una fornitura di energia neutrale a livello di CO2 emessa. Inoltre, svolge un ruolo fondamentale come “hub” per lo stoccaggio di energia a lungo termine a favore della produzione di elettricità e calore per l’industria ed i trasporti. Il fulcro del sistema Electrochaea è un microrganismo (evoluto tramite selezione naturale) – gli archei metanogeni – che eccelle grazie ad una capacità catalitica senza precedenti e mostrando un’ottima tenuta a livello industriale.
Archei: Cosa sono esattamente?
Gli archei sono organismi monocellulari risalenti a 3.5 miliardi di anni fa (Fig. 3) e costituiscono uno dei tre “domini” in cui sono raggruppati tutti gli esseri viventi, insieme ai batteri e agli eucarioti. La tecnologia Electrochaea utilizza organismi opportunamente selezionati; essi sono in grado di fare unicamente una cosa, ma la sanno fare particolarmente bene. Essi producono metano da idrogeno e anidride carbonica (CO2) in condizioni anaerobiche (in assenza di ossigeno) tramite la catalisi della reazione CO2 + 4 H2 CH4 + 2 H2O (ovvero da una molecola di anidride carbonica e quattro di idrogeno ad una di metano e due di acqua). Inoltre, lo fanno con un’efficienza da carbonio a metano superiore al 98%. In assenza sia di idrogeno sia di anidride carbonica (CO2), gli archei rimangono semplicemente in modalità “stand-by” e questo può durare per ore, giorni o mesi senza intaccare i microrganismi. Pertanto, il sistema di biometanazione di Electrochaea ha la capacità di accendersi e spegnersi rapidamente, attivandosi a basso costo.
Le isole energetiche: Come possono beneficiare delle tecnologie Power-to-Gas?
Le isole geografiche devono affrontare molte sfide energetiche, a causa della specifica posizione e condizioni climatiche. La dipendenza dalle importazioni di carburante, i costi elevati dell’elettricità, i limiti della produzione di energia e delle connessioni energetiche, nonché gli squilibri a livello di scale temporali dovuti al turismo sono tutti buoni esempi. La previsione, il controllo e la gestione dell’approvvigionamento energetico intermittente per profili di carico altamente variabili possono aiutare a superare tali barriere. Inoltre, l’integrazione di soluzioni di stoccaggio dell’energia può inoltre consentire una quota maggiore di penetrazione delle energie rinnovabili, garantendo stabilità e resilienza della rete.
Pertanto, la tecnologia Power-to-Gas può rappresentare una soluzione utile contro i suddetti limiti per le comunità autonome, come lo sono quelle insulari, permettendo largamente di avere cicli chiusi di materia ed energia.
In definitiva, un sistema Power-to-Gas offre vantaggi nella direzione di una significativa indipendenza elettrica per le comunità insulari. Gli impianti di generazione elettrica e quello Power-to-Gas possono essere tarati in modo tale che l’intera domanda di energia elettrica, comprese le variazioni stagionali, possa essere sempre soddisfatta in base alla produzione locale. Questo è possibile sia negli impianti di generazione primaria (impianti eolici, fotovoltaici e a biomassa) sia mediante la ri-elettrificazione del gas rinnovabile immagazzinato per produrre elettricità sostenibile. Senza il supporto della tecnologia Power-to-Gas, solo i settori dell’elettricità e del calore possono essere decarbonizzati grazie alle energie rinnovabili e a soluzioni di stoccaggio a breve-medio termine.
Micheál Ó Móráin (Údarás na Gaeltachta)
