Energia elettrica, Idrogeno e Metano nella stazione di rifornimento del futuro

Quando si parla di mobilità sostenibile, non ci si riferisce solo ai veicoli, bensì anche alle stazioni di rifornimento. Ad oggi, le stazioni di elettricità e idrogeno sono state le più ampliate, comprese quelle che offrono entrambi i tipi di energia. Ma una stazione di rifornimento che riesca a fornire allo stesso tempo elettricità, idrogeno e metano, non esiste ancora. Questo è il grande obiettivo del progetto sviluppato dal Centro di ricerca tedesco per l’energia solare e l’idrogeno, ZSW (Zentrum für Sonnenenergie-und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg) che si trova in Germania, finanziato per 1,3 milioni di euro dal Ministero federale per gli affari economici e l’energia.

L’innovativo dispenser multi-energia e i processi di conversione

Una proposta completamente nuova quella della ZSW, dato che, ad oggi, in tutto il mondo esiste al massimo qualche stazione che eroga energia elettrica e idrogeno. L’idea base dei ricercatori tedeschi consiste in una sorta di pompa: un dispenser multi-energia. La sua parte elettrica verrebbe fornita direttamente dalla rete (presumibilmente da fonti rinnovabili); il dispenser prevede inoltre l’installazione di un grande sistema di accumulo in cui raccogliere l’energia non utilizzata da rilasciare quando la domanda supera l’offerta. 

Come ha dichiarato il dott. Ulrich Zuberbühler del ZSW “se la batteria dovesse raggiungere la sua piena capacità e i veicoli elettrici non contribuissero a ‘svuotarla’ il surplus elettrico green verrebbe convertito in idrogeno in una seconda fase” e l’efficienza di tale processo di conversione, che ricorda un po’ quello dei veicoli a fuel cell, dovrebbe attestarsi attorno al 75%. Le fuel cell, o celle a combustibile, sono generatori chimici di energia elettrica che sfruttano il principio inverso a quello dell’elettrolisi (la corrente scinde la molecola d’acqua in idrogeno e ossigeno): idrogeno e ossigeno reagiscono l’uno con l’altro producendo energia elettrica liberando acqua. Qualora anche l’idrogeno prodotto superasse quello richiesto, il gas in eccesso verrebbe convogliato e conservato in un apposito serbatoio. Dal centro di raccolta, l’idrogeno verrebbe poi utilizzato per dare vita all’ultimo prodotto di queste trasformazioni, ovvero il metano. 

Per produrre il metano verrebbe quindi utilizzato idrogeno, con aggiunta di CO2; in questo modo si creerebbe una reazione di catalisi che produrrebbe il gas in questione con una conversione efficiente al 60%. La massima ambizione dello ZSW sarebbe però quella di riuscire a incanalare la quota di metano raccolta e non utilizzata nella rete del gas. Va sottolineato che sia l’idrogeno che il metano non sono soggetti ad alcun tipo di perdita durante lo stoccaggio, per quanto lungo questo possa essere.

Efficienza massima e perdite ridotte al minimo

La priorità di questo arduo progetto è quella di produrre più risorse possibili minimizzando le perdite di energia. La fase fondamentale dell’impianto sarebbe la prima, ovvero quella relativa allo sfruttamento di elettricità da fonti rinnovabili; nell’alimentazione delle auto elettriche le perdite sono praticamente pari a zero; la fase dello storage della batteria invece potrebbe causare delle dispersioni, ma non superiori al 10%. Soddisfatte le necessità del primo step si potrà procedere con lo sviluppo delle fasi successive: conversione in idrogeno e conversione in metano.

L’impegno del Centro ZSW è, in questo senso, il miglioramento dell’efficienza, della vita utile e dell’efficacia dei componenti principali della struttura: l’elettrolizzatore alcalino ad alta pressione e il reattore per la metanizzazione. L’efficienza di conversione in idrogeno è di circa il 75%, quella della conversione in metano è del 60%, ma l’utilizzo del calore di scarto, generato durante la conversione, riesce ad aumentare l’efficienza di alcuni punti percentuali.

Lo sviluppo delle tecnologie fondamentali

L’intento degli scienziati è quello di far progredire le due tecnologie su una scala di 100 kW. Va sottolineato però che l’elettrolisi per generare l’idrogeno e la sintesi del metano sono processi che andrebbero svolti in maniera separata; questo step richiederebbe una sorta di “buffering” (letteralmente “tampone”) per l’idrogeno e apparecchi di conservazione di transizione; è su questi importanti elementi che lavorerà l’istituto.

QUARREE 100: “pilota” della missione ecosostenibile

Per completare lo sviluppo di tutte le tecnologie necessarie alla realizzazione del progetto, per la certificazione della sicurezza e per la chiarificazione di tutti i dettagli di approvazione, i ricercatori avranno tre anni di tempo. Un primo test dimostrativo nel luogo deputato ad accogliere la stazione sarà effettuato nel 2020. Il progetto SZW è stato inserito nel progetto pilota QUARREE 100, dal valore di 24 mln €. Il QUARREE 100 riunisce strutture accademiche e autorità pubbliche e finanziarie per la sperimentazione del passaggio della fornitura da fonti convenzionali a rinnovabili in uno dei quartieri della città tedesca di Heide, nel distretto di Dithmarschen. Proprio Heide potrebbe essere la località che ospiterà l’attesa e promettente stazione del futuro.

Al momento, la quota di energia rinnovabile nella rete elettrica tedesca è circa un terzo e la tendenza è in discreto aumento; si prevede, infatti, che entro il 2030 potrebbe raggiungere circa il 65%. L’utilizzo di energia rinnovabile fuori rete, come quello delle auto elettriche o come per esempio il carburante alternativo, renderebbe il settore della mobilità decisamente più ecosostenibile.