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Energia POST COVID-19 GLI INCORAGGIANTI RISULTATI DEL PROGETTO EUROPEO DEMOSOFC Energia a emissioni zero dalla depurazione delle acque di Luigi Di Matteo (Area Professionale Tecnica ACI) Unione europea punta L’ sull’idrogeno e sulle energie “green” per la decarbonizzazione: una rivoluzione di cui le fonti rinnovabili e l’economia circolare saranno protagoniste assolute. Proprio su questo paradigma si fonda DEMOSOFC, il più grande impianto industriale europeo di co-generazione, basato sul recupero del biogas e la co-generazione grazie alla tecnologia delle celle a combustibile. Un primato industriale che è anche accademico vista l’importanza che il filone di ricerca sull’idrogeno riveste in Piemonte da oltre 20 anni con il Politecnico di Torino e L’impianto sperimentale di Cologno utilizzando la nuova tecnologia SOFC ha già permesso di risparmiare ogni anno 565 kg di NOx e 34 tonnellate di CO2. altri enti in prima fila, a livello nazionale e internazionale, con lo scopo di integrare gli eccellenti risultati di ricerca, industria e politiche pubbliche diventa oggi essenziale per fare del Green Deal del 2020 un nuovo motore della Regione e del nostro Paese. Nato dai risultati pregressi del progetto SOFCOM e coordinato dal Politecnico di Torino, il progetto DEMOSOFC prevede la realizzazione nell’impianto SMAT (Società Metropolitana Acque Torino S.p.A.) di Collegno del primo impianto industriale in Europa che consentirà di ottenere energia ad alta efficienza sfruttando la tecnologia delle celle a combustibile ad ossidi solidi (SOFC), nonché la creazione del primo sistema al mondo alimentato da biogas ottenuto dalla depurazione delle acque. Il progetto è stato cofinanziato dall’Unione europea per 4,2 milioni di euro nell’ambito del programma Horizon 2020, si avvale di un budget complessivo di circa 5,9 milioni di euro e prevede un partenariato di cinque importanti istituti di ricerca e aziende europei: Politecnico di Torino e gruppo SMAT per l’Italia, l’azienda finlandese Convion Oy, produttrice di sistemi SOFC, il centro di ricerca finlandese VTT e l’Imperial College of Science, Technology and Medicine di Londra. DEMOSOFC, in particolare, è dedicato alla progettazione, all’installazione e ai risultati di gestione di un impianto SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) capace di generare circa 175 kW di energia elettrica “green”. 14 settembre-ottobre 2020
POST COVID-19 Energia I primi due moduli dell’impianto SOFC sono stato attivati nel 2017 all’interno dello stabilimento SMAT per il trattamento delle acque reflue di Collegno, nell'area di Torino, per garantire la fornitura di circa il 30% del consumo elettrico e quasi il 100% del fabbisogno termico del sito. Obiettivo finale del progetto, una volta documentata la consistenza dei benefici ottenuti, è quello di proporre su scala industriale la nuova tecnologia, che rappresenta una nuova importante opportunità tanto per il mondo della produzione energetica quanto per quello dei consumi industriali e domestici. D’altra parte, considerato il fatto che le componenti utilizzate nel processo provengono principalmente da aziende tedesche, inglesi, italiane, americane e giapponesi, risulta forte l’interesse industriale per questo nuovo mercato che, grazie anche alle sinergie attuate dall’Agenzia europea FCH JU (Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking), pone in primo piano la cooperazione tra il mondo accademico e quello dell’industria. I VANTAGGI DEL SOFC Il Sistema con Celle a Combustibile ad Ossidi Solidi (SOFC) che è stato installato permette di convertire il biogas prodotto dai fanghi di depurazione – generalmente considerato come un rifiuto - in elettricità e calore con zero emissioni inquinanti rilasciate in atmosfera. I flussi energetici prodotti permettono inoltre di ridurre significativamente i costi operativi dell’impianto (in particolare l’acquisto di energia elettrica dalla rete). I vantaggi del concept realizzato all’interno del progetto DEMOSOFC, rispetto ai tradizionali motori a combustione interna e microturbine sono l’elevata efficienza elettrica (50-55% da biogas a potenza elettrica, contro i 35-40% dei motori), le emissioni senza inquinanti in atmosfera (zero NOx, SOx, particolato, VOC, ecc.) e la modularità. La tecnologia SOFC presenta infatti performance stabili indipendentemente dalla taglia d’impianto (da unità a centinaia di kW a, in prospettiva, MW). Al fine di verificarne i vantaggi energetici e ambientali a fine gennaio 2020 il Politecnico di Torino ha analizzato i dati del funzionamento del sistema, attivo da ottobre 2017. In due anni e mezzo, l’impianto ha superato le 10.000 ore di attività per i due moduli attualmente installati. La produzione elettrica totale che è stata interamente autoconsumata dal depuratore è invece pari ad oltre 450 MWh di energia, che corrispondono al consumo annuo di 114 famiglie medie composte da quattro persone. Tale produzione elettrica ha consentito un risparmio economico superiore ai 60.000 euro (energia autoconsumata dal depuratore e quindi non acquistata dalla rete), mentre il recupero di calore dai fumi ha generato un risparmio di circa 18.000 euro (espresso come gas naturale non acquistato dalla rete). Per quanto riguarda l’impatto ambientale, la riduzione di emissioni del sistema SOFC rispetto ai motori a combustione interna è superiore all’87%. Quindi, considerando l’intero periodo operativo dell’impianto Demosofc fino a gennaio 2020, il sistema SOFC ha consentito di risparmiare circa 565 kg di NOx l’anno, pari alla quantità di emissioni annue di circa 327 utilitarie di piccola taglia, e di evitare 34 tonnellate di CO2 , pari alle emissioni annue di circa 17 auto utilitarie. La struttura dell’impianto DEMOSOFC Unità di trattamento del biogas. L'unità include la deumidificazione del biogas, la rimozione e la compressione dei contaminanti. Il biogas del sistema, anche se relativamente pulito rispetto ad altri biocarburanti, contiene ancora acido solfidrico e silossani, entrambi dannosi per la cella a combustibile. Questi contaminanti vengono rimossi attraverso un sistema di assorbimento con carbone attivo. Prima del sistema di pulizia, il biogas viene raffreddato e l'acqua viene rimossa in un refrigeratore, al fine di garantire i parametri di funzionamento ottimale del carbonio. Successivamente, il biogas viene compresso fino a 4 bar per alimentare il regolatore di flusso posizionato all'interno dell'unità SOFC. Un analizzatore di gas, in grado di rilevare sia H2S che silossani, è installato per misurare online la macrocomposizione e la concentrazione di contaminanti sia all'ingresso che all'uscita del sistema di pulizia. Moduli SOFC. Il sistema è composto da 3 moduli, in grado di produrre 58 kW AC ciascuno. La quantità totale di potenza installata è di 174 kWe, in grado di coprire circa il 30% del fabbisogno elettrico dell'impianto. Il recupero termico dallo scarico viene utilizzato per coprire parzialmente il carico termico del digestore anaerobico, con una percentuale che dipende dalla stagione. I moduli SOFC sono forniti da Convion e la scheda tecnica garantisce il 53% di efficienza elettrica dal biogas compresso all'alimentazione CA. Sistema di recupero del calore. Come accennato, lo scarico caldo dai moduli SOFC riscalda un circuito d'acqua, in grado di fornire un riscaldamento parziale ai fanghi che entrano nel digestore. Un nuovo circuito di recupero del calore è integrato con uno esistente, in cui il calore è fornito da una caldaia alimentata da ulteriore biogas o gas naturale dalla rete. Un sistema di controllo generale, infine, è stato implementato allo scopo di monitorare costantemente il funzionamento del sistema, sia in loco che da remoto. settembre-ottobre 2020 15
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