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Carbone e idrogeno: fronti di ricerca nella riduzione delle emissioni di CO2

    Sauro Pasini, responsabile Ricerca di Enel, spiega le nuove tecnologie destinate a svolgere un ruolo di primo piano nella produzione energetica del futuro

     

    Ricerca e innovazione sono le strade da seguire per lo sviluppo di tecnologie sempre più all’avanguardia in campo energetico. Il Gruppo Enel è in prima linea nella lotta contro le emissioni climalteranti, impegnandosi alla realizzazione di progetti di grande ambizione. A spiegarcelo è Sauro Pasini, responsabile dell’Area Tecnica e di Ricerca di Enel, che individua, in particolare, due aree di sviluppo su cui il Gruppo sta canalizzando i propri investimenti.

    Anzitutto il carbonecarbone
    Il carbone è una roccia sedimentaria composta prevalentemente da carbonio, idrogeno e ossigeno. La sua origine, risalente a circa 300 milioni di anni fa, deriva dal deposito e dalla stratificazione di vegetali preistorici originariamente accumulatisi nelle paludi. Questo materiale organico nel corso delle ere geologiche ha subito delle trasformazioni chimico-fisiche sotto alte temperature e pressioni. Attraverso il lungo processo di carbonizzazione questo fossile può evolvere dallo stato di torba a quello di antracite, assumendo differenti caratteristiche che ne determinano il campo d’impiego.
    I carboni di formazione relativamente più recente (ovvero di basso rango) sono caratterizzati da un’elevata umidità e da un minore contenuto di carbonio, quindi sono ‘energeticamente’ più poveri, mentre quelli di rango più elevato hanno al contrario umidità minore e maggiore contenuto di carbonio.
    pulito, destinato a svolgere un ruolo di primo piano nella generazione di energia elettricaenergia elettrica
    Forma di energia ottenibile dalla trasformazione di altre forme di energia primaria (combustibili fossili o rinnovabili) attraverso tecnologie e processi di carattere termodinamico (ovvero che coinvolgono scambi di calore) che avvengono nelle centrali elettriche. La sua qualità principale sta nel fatto che è facilmente trasportabile e direttamente utilizzabile dai consumatori finali. Si misura in Wh (wattora), e corrisponde all’energia prodotta in 1 ora da una macchina che ha una potenza di 1 W.
    nel prossimo futuro. Risultato dell’impegno nel perseguire la riduzione delle emissioni di tutti gli inquinanti in questo settore è certamente rappresentato dalla centrale termoelettricacentrale termoelettrica
    È un impianto di produzione di energia elettrica che utilizza il calore sviluppato dalla combustione per produrre vapore ad alta temperatura in grado di mettere in movimento speciali turbine. La turbina mette in rotazione un albero a sua volta collegato a un generatore elettrico capace di trasformare l’energia rotazionale in energia elettrica.
    I combustibili possono essere solidi (carbone, legno, torba, …), liquidi (petroliopetrolio
    Combustibile di colore da bruno chiaro a nero, costituito essenzialmente da una miscela di idrocarburi. Si è formato per azioni chimiche, fisiche e microbiologiche da resti di microorganismi (alghe, plancton, batteri) che vivevano in ambiente marino addirittura prima della comparsa dei dinosauri sulla terra. I principali composti costituenti del petrolio appartengono alle classi delle paraffine, dei nafteni e degli aromatici, che sono composti organici formati da carbonio e idrogeno e le cui molecole sono disposte secondo legami di varia natura.
    , gasolio…) o gassosi (metanometano
    Idrocarburo che rappresenta il costituente principale del gas naturale.
    , biogas, …).
    Principalmente le centrali termiche utilizzano i combustibili fossili (carbone, petrolio, gas naturale) che hanno elevato potere calorifico e si trovano ancora in grande quantità, anche se sono destinati all’esaurimento.
    All’attuale tasso di consumo, le stime di durata delle scorte vanno da 40-60 anni per il petrolio, a 200 anni per il carbon fossile.
    Il problema principale legato all’utilizzo dei combustibili fossili è quello dei sottoprodotti della combustione che sono estremamente nocivi per l’ambiente: il metano (gas naturale) è quello che ha i più bassi valori di emissioni inquinanti, tanto che è previsto il suo graduale impiego in sostituzione del carbone e del petrolio.
    Per piccole potenze e per impianti di cogenerazione (teleriscaldamentoteleriscaldamento
    Sistema che consente di distribuire calore presso le utenze, a partire da una centrale di produzione (per esempio centrale di cogonerazione, termovalorizzatore, ecc…). Il calore viene trasportato sotto forma di acqua calda o vapore all’interno di condotti interrati e può servire per riscaldare gli ambienti oppure per produrre acqua calda sanitaria. Nelle abitazioni servite dal teleriscaldamento la caldaia viene sostituita da uno scambiatore di calore, consentendo una diminuzione delle emissioni e un risparmio di combustibile.
    ) si utilizzano combustibili naturali non fossili (biomassabiomassa
    In generale si identifica con biomassa tutto ciò che ha matrice organica ad eccezione delle plastiche e dei materiali fossili. Come indicato nel decreto legislativo del 29 Dicembre 2003 n. 387, per biomassa si intende ” la parte biodegradabile dei prodotti, rifiuti e residui provenienti dall’agricoltura (comprendente sostanze vegetali e animali) e dalla silvicoltura e dalle industrie connesse, nonchè la parte biodegradabile dei rifiuti industriali e urbani “. Ciò che accomuna le diverse tipologie di biomassa è la presenza di carbonio che mette a disposizione un elevato potere calorifico eventualmente sfruttabile per fini energetici.
    , biogas …) poco inquinanti ma con basso potere calorifico.
    di Torrevaldaliga Nord che, “grazie all’impiego di caldaie ad alta efficienza e all’utilizzo di tecnologie tra le più avanzate al mondo per la pulizia dei fumi – spiega Pasini – è oggi in grado di rispettare livelli di emissioneemissione
    Qualsiasi sostanza solida, liquida o gassosa introdotta nell’atmosfera a seguito di processi naturali o antropogenici, che produce direttamente o indirettamente un impatto sull’ambiente.
    su tutti gli inquinanti, come NOx, SO2 e polveri, pari a meno della metà rispetto ai più stringenti limiti nazionali ed europei per impianti di questo tipo”.

    Nel trattamento del carbonetrattamento del carbone
    Insieme delle operazioni di preparazione del carbone che hanno l’obiettivo di ridurre il tenore di cenere e di zolfo e di renderne più omogenea la pezzatura. Queste operazioni servono a migliorare il potere calorifico del carbone e le sue prestazioni in fase di combustione (sinonimo di ridotto impatto ambientale).
    Enel ha inoltre sviluppato una tecnologia determinante nella riduzione delle emissioni inquinanti che si profila come la sfida per il futuro: la CCS (Carbon Capture and Storage). “Abbiamo realizzato un primo impianto pilota per la cattura della CO2CO2
    Gas inodore, incolore e non infiammabile, la cui molecola è formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno. È uno dei gas più abbondanti nell’atmosfera, fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali (fotosintesi e respirazione).

    dai fumi della nostra centrale di Brindisi dove stiamo testando tecnologie di lavaggio basate sull’impiego di solventi – ha detto il responsabile dell’area Ricerca di Enel – il passo successivo sarà quello di realizzare un impianto dimostrativo in grado di catturare circa 900 mila t/a di CO2 da una nostra centrale termoelettrica a carbone”.

    L’azienda è impegnata nello studio e nella sperimentazione anche di altre tecnologie per il contenimento delle emissioni di CO2, tra cui la combustionecombustione
    Processo chimico esotermico (ovvero che comporta sviluppo di calore) in cui il combustibile si combina con l’ossigeno presente nell’aria oppure appositamente separato (comburente). La reazione di combustione avviene previo innesco localizzato (accensione).
    dell’idrogenoidrogeno
    Primo elemento della tavola periodica, presente sulla Terra in forma combinata, soprattutto nell’acqua e nei composti organici. Esso è costituito da 3 isotopi: prozio (cioè l’idrogeno propriamente detto) per più del 99.9 %, il deuterio e il trizio. La forma molecolare dell’idrogeno (H2) dà origine ad un gas inodore, incolore, altamente infiammabile e molto più leggero dell’aria (ecco perché lo si trova in bassissime concentrazioni in atmosfera).
    che è certamente una delle più interessanti. Con l’impianto di Fusina, l’azienda ha realizzato la prima centrale al mondo in piena scala in grado di produrre una potenzapotenza
    Grandezza data dal rapporto tra il lavoro (sviluppato o assorbito) e il tempo impiegato a compierlo. Indica la rapidità con cui una forza compie lavoro. Nel Sistema Internazionale si misura in watt (W).
    di 16MWe da idrogeno.

    “Durante questo primo anno l’impianto è stato esercito per alcune migliaia di ore, dimostrando, con successo, che l’idrogeno può essere utilizzato proficuamente ed in piena sicurezza, ma questo non basta – ha spiegato Sauro Pasini – Enel sta proseguendo, in collaborazione con General Electric Nuovo Pignone, nello sviluppo della tecnologia, puntando a mettere a punto un combustore di nuova generazione, che consenta di ridurre ulteriormente le emissioni, aumentando l’efficienza del processo di combustione. Questo perché riteniamo che in futuro l’idrogeno possa dare un contributo nella sfida globale di ridurre le emissioni di CO2”.

    Attraverso tale tecnologia, l’idrogeno potrà essere prodotto in modo pulito a partire da fonti fossili, ad esempio mediante la gassificazionegassificazione
    La gassificazione è un processo utilizzato a livello industriale da molto tempo (i primi sistemi risalgono addirittura alla prima metà dell’ ‘800), tutt’oggi oggetto di continui miglioramenti. Essa consiste nella trasformazione di un combustibile solido o liquido in un gas combustibile (syngas), ricco di elementi incombusti (CO e H2), a seguito di complesse reazioni chimiche di ‘ossidazione parziale’. Questo significa che si ‘blocca’ il processo a metà tra la fase di pirolisi (rottura dei legami chimici ad alta temperatura in assenza di ossigeno) e quella di combustione.
    del carbone. L’idrogeno può inoltre rappresentare un’opportunità per accumulare energiaenergia
    Fisicamente parlando, l’energia è definita come la capacità di un corpo di compiere lavoro e le forme in cui essa può presentarsi sono molteplici a livello macroscopico o a livello atomico. L’unità di misura derivata del Sistema Internazionale è il joule (simbolo J)
    in eccesso prodotta da fonti non programmabili, come il solare e l’eolico: tramite impianti come quello di Fusina, potrà poi essere riconvertito in elettricità nei momenti di maggior richiesta di energia, contribuendo alla programmabilità della produzione da fonti rinnovabilifonti rinnovabili
    Una risorsa è detta rinnovabile se, una volta utilizzata, è in grado di rigenerarsi attraverso un processo naturale in tempistiche paragonabili con le tempistiche di utilizzo da parte dell’uomo. Sono considerate quindi risorse rinnovabili:
    – il sole
    – il vento
    – l’acqua
    – la geotermia
    – le biomasse
    .

    I costi di generazione sono ancora piuttosto elevati ma secondo Pasini, “esistono gli spazi per rendere l’utilizzo dell’idrogeno sostenibile anche sotto il profilo economico nel medio periodo”.

     

    Fonte: Enel, 04/11/2011

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