Power-to-Gas: definizione, tecnologie e applicazioni

L’espressione “power-to-gas” si riferisce al processo di conversione dell’elettricità in gas. Un esempio ben noto è l’utilizzo dell’elettricità nell’elettrolisi dell’acqua per generare idrogeno, ottenendo ossigeno come sottoprodotto. L’idrogeno prodotto può essere utilizzato così com’è, ad esempio per alimentare le celle a combustibile, ma può anche essere utilizzato per altri scopi. Se successivamente l’idrogeno reagisce con l’anidride carbonica, formando metano, quest’ultimo può essere introdotto nella rete di distribuzione del gas naturale. In paesi come la Germania e i Paesi Bassi, esiste un’infrastruttura atta al trasporto del gas naturale tramite tubazioni dal luogo in cui viene estratto o lavorato al luogo in cui viene usato, per il riscaldamento centralizzato delle case o per i fornelli in cucina.

Numerose aziende tedesche stanno sviluppando tecnologie per produrre batteri in grado di “cibarsi” di idrogeno e anidride carbonica per espellere metano. Questa applicazione può essere considerata come un processo power-to-gas naturale per accumulare elettricità in maniera ecologica e fornire una tecnologia per il trattamento dei gas di processo contenenti anidride carbonica (CO2). La natura incontra la tecnologia! È necessario immettere il metano (CH4) nella rete di distribuzione del gas naturale che è già presente. Queste aziende hanno chiesto a Wagner Mess- und Regeltechnik, distributore Bronkhorst, di fornire gli strumenti per la misurazione della portata massica per fornire ai batteri quantità sufficienti di idrogeno e CO2.

Requisiti per l’applicazione

Uno dei principali obiettivi dei clienti è l’ottimizzazione dell’efficienza dei batteri nel convertire l’idrogeno in metano. Il processo viene prima testato su piccola scala, al fine di sviluppare la tipologia più adatta di batteri. I parametri di ottimizzazione per il processo sono il flusso di H2e CO2, il tipo di batteri, la temperatura e la pressione. A tal fine, è necessaria una soluzione per somministrare in modo accurato e riproducibile l’idrogeno (e l’anidride carbonica) nella provetta di reazione contenente i batteri.

Punti fondamentali

  • Riproducibilità
  • Funzionamento in condizioni ATEX Zona 2
  • Automazione

Soluzione di processo

La soluzione Bronkhorst per l’approvvigionamento di idrogeno alla provetta di reazione è un regolatore di portata massica per gas IN-FLOW con una portata caratterista che va da 10 a 50 ln/min di idrogeno. La provetta di reazione opera in condizioni anaerobiche a una temperatura di 65°C e a pressioni comprese tra 1 e 10 bar. La maggior parte dei tipi di batteri si sente più a proprio agio a pressione atmosferica, altri invece a pressioni più elevate. I batteri metabolizzano l’idrogeno e l’anidride carbonica convertendoli in metano. Il laboratorio in cui vengono condotti gli esperimenti è classificato come area pericolosa ATEX zona 2, quindi gli strumenti utilizzati necessitano di idonea autorizzazione.

Lo strumento Bronkhorst è controllato tramite Profibus. Viene impostato un setpoint e il valore effettivo viene misurato e registrato. I dati vengono registrati in modo che i valori dei test siano documentati. In genere, gli esperimenti hanno una durata di 48 ore e, in questo caso, l’automazione riveste un ruolo importante. Qualora si verifichi un errore, come un considerevole scostamento tra il setpoint e il valore reale, è necessario intraprendere determinate azioni, anche durante la notte. Il vantaggio dei regolatori di portata massica controllati elettricamente risiede nella possibilità, in caso di guasto o emergenza, di interrompere facilmente l’erogazione dell’idrogeno, senza intervento umano. 

Schema di flusso

Come parte del processo per determinare a quali condizioni i batteri metabolizzano il gas in maniera più efficace, è importante che i risultati dei test, e quindi dei regolatori di portata massica, siano riproducibili.

Sebbene lo schema del processo possa sembrare piuttosto semplice a causa dei due flussi di gas in entrata, della pressione mantenuta costante e del singolo flusso di gas in uscita, è comunque necessario un certo livello di lavorazione aggiuntiva a fine ciclo. Il contenitore dei batter, infatti, rilascia gas metano umido contenente, tra l’altro, HCl nell’ordine delle ppm che dovrà essere rimosso poiché in grado di danneggiare le condutture di trasporto. Inoltre, sarà necessario aggiungere il mercaptano per conferire al gas naturale il suo odore caratteristico, preparandolo per l’immissione nella rete di distribuzione del gas naturale.

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