Attraverso il progetto europeo Faster, finanziato con 3 milioni di euro, si vuole realizzare un sistema di accumulo innovativo dell’energia rinnovabile, che renda più affidabile e sicuro il phase out dalle fonti fossili
Le energie rinnovabili, come il solare e l’eolico, hanno il limite di una produzione discontinua: la loro disponibilità dipende dalle condizioni meteorologiche e non sempre coincide con la domanda di energia.
Da qui l’iniziativa finanziata dall’Unione europea con un budget di 3 milioni di euro nell’ambito del programma Horizon Eu – il progetto Faster (Flexible Ammonia Synthesis Technology for Energy Storage) – che ha l’obiettivo di sviluppare una tecnologia innovativa per convertire l’energia rinnovabile in ammoniaca verde.
L’iniziativa Faster riunisce otto partner da cinque Paesi europei: Paesi Bassi, Germania, Svizzera, Italia (con il Politecnico di Milano) e Regno Unito. Il progetto coinvolge istituzioni di eccellenza nei settori della catalisi, della tecnologia di processo e della valutazione del ciclo di vita.
L’ammoniaca verde come vettore di energia pulita
La conversione dell’energia in ammoniaca, che può essere facilmente immagazzinata e trasportata in forma liquida, servità a utilizzare l’energia prodotta da fonti rinnovabili in un secondo momento, riducendo le fluttuazioni stagionali di produzione e di consumo.
L’ammoniaca offre vantaggi significativi rispetto ad altri vettori energetici: ha una densità energetica superiore all’idrogeno liquefatto ed è più semplice da maneggiare e da trasportare grazie a un’infrastruttura industriale già consolidata, soprattutto nel settore dei fertilizzanti.
Aspetto questo che consente di accelerare l’adozione dell’ammoniaca verde senza dover creare da zero una nuova rete logistica.
Oltre a migliorare la gestione dell’energia rinnovabile, Faster potrebbe avere un impatto positivo sull’industria dei fertilizzanti, un settore che oggi dipende fortemente dal gas naturale. La produzione di ammoniaca sostenibile permetterebbe di ridurre le emissioni di CO2 e di diminuire la dipendenza dell’Europa dalle importazioni di combustibili fossili.
Per comprendere meglio obiettivi e sviluppo del progetto Faster abbiamo rivolto alcune domande a Gianpiero Groppi, docente del Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano, che fa parte del team dell’ateneo coinvolto nel progetto.
Qual è l’efficienza energetica dell’ammoniaca verde rispetto all’idrogeno come vettore energetico?
L’ammoniaca verde viene prodotta per sintesi a partire da idrogeno per cui la sua efficienza energetica, che in un contesto Power to NH3 è di circa il 40%, sarà inferiore.
Tuttavia, supponendo di partire da energia elettrica, oltre l’80% delle perdite è associato alla produzione di idrogeno, mentre la sua conversione ad ammoniaca comporta un ulteriore incremento inferiore al 20% del totale.
Inoltre, occorre considerare che l’impiego di idrogeno comporta elevati costi di trasporto e di stoccaggio che ne limitano l’impiego quando risulti necessario il trasporto su lunghe distanze o lo stoccaggio in grandi quantità. Tali costi risultano sensibilmente inferiori nel caso dell’ammoniaca.
Qual è l’impronta di carbonio del processo? Quali i suoi vantaggi per la decarbonizzazione?
Se si assume di partire da idrogeno verde a impronta carbonica nulla, le emissioni di CO2 associate alla produzione di ammoniaca e alla sua conversione energetica sono dell’ordine di 0.01-0.04 kg/KWh, quindi 10-20 volte inferiori ai fattori di emissioni tipici degli impianti alimentati da combustibili fossili.
È inoltre importante considerare che, diversamente da altri vettori energetici, l’ammoniaca non contiene carbonio, per cui la sua successiva conversione non comporta rilasci di CO2 in atmosfera.
Come funziona il processo Faster? In che modo l’energia viene prima immagazzinata e poi liberata quando serve?
Come prima accennato il processo Faster prevede di partire da idrogeno verde ottenuto da H2O in elettrolizzatori a loro volta alimentati da energia elettrica rinnovabile.
La conversione di idrogeno in ammoniaca per reazione con azoto è un processo di enorme importanza nell’industria chimica, con oltre un secolo di storia. Tuttavia, le soluzioni a oggi sviluppate sono state ottimizzate per impianti di larga scala, non sempre compatibili con la produzione di idrogeno da fonti rinnovabili.
Il progetto Faster si propone di sviluppare impianti di sintesi di taglia compatibile con la produzione decentralizzata mediante lo studio di nuovi catalizzatori, nuovi reattori e nuovi sistemi di separazione e purificazione dell’ammoniaca prodotta.
Quest’ultima potrà essere stoccata mediante tecnologie esistenti di compressione e refrigerazione e trasportata con costi contenuti nei luoghi di utilizzo, dove l’energia immagazzinata potrà essere riconvertita sia mediante combustione, in sistemi che possano essere equipaggiati con tecnologie di abbattimento degli ossidi di azoto, quali per esempio i motori per navi, sia mediante celle a combustibile previa riconversione a idrogeno.
Lato costi, quali sfide deve affrontare il sistema rispetto a idrogeno e sistemi di accumulo a batteria?
Le batterie non sono adatte per lo stoccaggio di energia nel lungo periodo e non si prestano all’impiego come vettori energetici a causa della loro scarsa densità energetica.
Come detto sopra, anche l’idrogeno presenta limitazioni simili anche se meno rilevanti. In questo senso i combustibili liquidi, quali l’ammoniaca, possono svolgere un ruolo chiave nella soluzione dei problemi di stoccaggio e trasporto, che sono di fondamentale importanza per la transizione energetica che richiederà di convivere con la natura fluttuante delle fonti rinnovabili.
Lato costi, le sfide che ci attendono nei prossimi anni sono l’aumento di efficienza energetica e la riduzione dei costi degli elettrolizzatori, comuni con la produzione di idrogeno verde.
Inoltre, per quanto riguarda specificamente la produzione di ammoniaca verde, sarà necessario ridurre i costi di impianto e aumentare l’efficienza energetica e la flessibilità operativa dei processi di sintesi. Questi ultimi sono gli obbiettivi del progetto Faster.
Quando si prevede di arrivare con una soluzione sul mercato?
Faster risponde a un bando europeo relativo a tecnologie breakthrough con l’obbiettivo di affermarsi nel mercato nel periodo 2040-2050.
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