Solo pochi anni fa, sia i media che i politici hanno iniziato a parlare di Power-to-X (PtX), e stiamo sviluppando una comprensione comune secondo cui la Danimarca potrebbe trarre vantaggio dall’avventurarsi in PtX.
Schema raffigurante la batteria a biomassa utilizzando il concetto Power-to-X. Credito immagine: DTU
Il motivo è che ne abbiamo bisogno bilanciare una rete energetica con fonti energetiche fluttuanti (eolica e solare), il che significa che a volte disponiamo di energia a basso costo da cui possiamo anche trarre valore, mentre il settore dei trasporti in particolare avrà difficoltà a raggiungere gli obiettivi climatici senza i carburanti verdi di Power-to-X .
Credo che potremmo anche essere in grado di utilizzare Power-to-X per risolvere un’altra sfida: garantire di avere una soluzione di stoccaggio energetico competitiva, robusta e sufficiente. Non mi riferisco allo stoccaggio dell’idrogeno, che è una soluzione inefficiente e costosa per convertire l’elettricità in idrogeno e viceversa, ma a una nuova soluzione; una batteria a biomassa, che verrà spiegata in dettaglio di seguito.
La necessità di archiviazione
Quando elimineremo gradualmente i combustibili fossili, in Danimarca avremo bisogno di una soluzione di stoccaggio energetico di un terawattora per superare l’inverno. La capacità di terawattora (TWh) equivale a milioni di batterie per auto, quindi non è qualcosa che possiamo risolvere utilizzando batterie standard.
Tali capacità possono essere fornite solo mediante stoccaggio di gas in caverne sotterranee: ad esempio, la capacità di stoccaggio di gas naturale della Danimarca è di circa 12 TWh.
Il professor Henrik Lund Frandsen. Credito fotografico: Mikal Schlosser / DTU
Oltre allo stoccaggio stagionale, un solido concetto di stoccaggio dell’energia faciliterà anche una più rapida integrazione dell’energia rinnovabile fluttuante (solare ed eolica), poiché anche maggiori variazioni stagionali possono essere coperte da tale concetto.
Un effetto collaterale sarebbe un risparmio energetico e l’indipendenza dall’approvvigionamento energetico estero, il che significa che non dovremmo pagare somme enormi per l’energia idroelettrica, ad esempio, dalla Norvegia.
Infine, una solida soluzione di stoccaggio dell’energia sarà anche una necessità di sicurezza, se gran parte della nostra fornitura di energia dovesse essere attaccata, ad esempio le turbine eoliche offshore collegate alla rete tramite un cavo vulnerabile. L’autosufficienza energetica ha senso anche dal punto di vista della sicurezza.
Carenza di biomassa
Prima di iniziare a descrivere le possibili soluzioni di stoccaggio a lungo termine, dobbiamo prima cogliere un ostacolo di cui dobbiamo tenere conto quando ricomponiamo il puzzle.
La biomassa è già una fonte di energia diffamata, poiché gran parte di essa, in particolare il legno, viene importata dai paesi vicini in nome della transizione verde.
Tuttavia, la Danimarca dispone di quantità piuttosto elevate di “biomassa residua” (circa 200 PJ = 55 TWh all’anno [ref: Gylling 2012, Graudal 2013]). Potrebbe non essere tutto facilmente accessibile, ma è comunque disponibile.
Linee elettriche. Credito fotografico: Boris Rumenov Balabanov / Banca Mondiale via FlickrCC BY-NC-ND 2.0
La maggior parte delle persone interessate a Power-to-X probabilmente sa che il carbonio circolare nella biomassa diventerà una risorsa scarsa in tutto il mondo, poiché è vitale per la produzione di vari carburanti, prodotti chimici, plastica tramite Power-to-X, ma ha anche molte altre applicazioni: in particolare nell’edilizia.
Dovremmo quindi usare saggiamente la biomassa, e dovremmo già farlo. L’alternativa è la cattura diretta del carbonio dall’aria, dove la CO2 costituisce solo lo 0,04%, che ovviamente è una proposta costosa e ad alta intensità energetica.
La batteria a biomassa e Power-to-X
Una nuova soluzione per immagazzinare energia è quella che chiamo “batteria a biomassa”, illustrata nella figura. Quando soffia il vento e splende il sole, possiamo utilizzare l’abbondante energia verde per produrre prodotti PtX. Quando manca energia nel sistema, utilizziamo la “batteria a biomassa” e Power-to-X utilizzando la nostra biomassa residua disponibile in impianti di cogenerazione (CHP) per generare energia (e calore).
Ma dobbiamo raccogliere la CO2 verde da questi e immagazzinarla per quando il vento soffierà di nuovo, in modo da poter utilizzare la CO2 per i prodotti Power-to-X. Questo approccio richiede una soluzione di stoccaggio del gas, ma la CO2 è più economica e meno rischiosa da gestire rispetto, ad esempio, all’idrogeno. La CO2 può essere inizialmente ottenuta mediante la cattura del carbonio e stoccata temporaneamente in una caverna.
La raccolta potrebbe essere effettuata in più modi oltre alla cattura del carbonio, leggermente costosa; mediante ossi-fuoco utilizzando l’ossigeno dell’elettrolisi, o con un interessante concetto di cottura ossi-CO2, che ho presentato nella figura. Qui l’ossigeno verrà diluito con CO2 in relazione al trasporto e allo stoccaggio.
Anche in questo caso la maggior parte dei gas di scarico sarà costituita da CO2 e si evita così la perdita di energia durante la cattura. Ciò renderà la soluzione più sicura e, a differenza dell’ossitaglio puro, potrà essere utilizzata negli impianti esistenti. Nel breve termine, è probabile che si potrebbero utilizzare efficienti celle a combustibile ad alta temperatura con vantaggi economici [ref: Jacobsen 2023].
Con questa soluzione, con modifiche accessibili (in relazione allo stoccaggio dell’idrogeno, all’elettrolisi e alle celle a combustibile), sarà quindi possibile utilizzare l’infrastruttura esistente sotto forma di reti di gas naturale e impianti di cogenerazione, il che rappresenta un evidente vantaggio per ridurre al minimo gli investimenti costi e accelerare la transizione verde. Gli impianti di cogenerazione hanno anche la giusta capacità per bilanciare la rete.
Il pool CCS è una deviazione imprudente
Il fatto che potremmo essere in grado di evitare completamente la cattura del carbonio negli impianti di cogenerazione rende il pool CCS del governo ancora più discutibile. Come punto di partenza, la soluzione non supporta in alcun modo “l’avventura delle turbine eoliche 2.0” e la Danimarca potrebbe diventare leader nello sviluppo di soluzioni PtX.
Il carbonio circolare verrà ora inviato nel sottosuolo e non convertito nei carburanti verdi che sono molto richiesti dal settore dei trasporti. Il settore dei trasporti vede già la transizione verde come un’opportunità di business.
Infatti, con il pool CCS, viene stabilito un “lock-in” tecnologico sulla risorsa più importante della Danimarca e l’opportunità di essere in prima linea nella corsa Power-to-X (la biomassa). La Danimarca avrà difficoltà a competere con energia elettrica a basso costo in tutto il mondo.
Ma l’energia a basso costo non sempre coincide con la disponibilità di biomassa, quindi in questo caso possiamo ottenere un vantaggio. Ora, il carbonio verde andrà semplicemente sottoterra e non servirà a nulla…
Oserei addirittura affermare che il pool CCS ostacola anche la futura transizione verde della Danimarca, poiché questa soluzione non è duratura e non fa altro che rendere la nostra società più costosa.
“Riciclare” la plastica: come accumulatore di energia
Oltre alla biomassa, dovremmo inizialmente utilizzare i rifiuti come supplemento ad altre energie rinnovabili. Dobbiamo presumere che i rifiuti diventeranno “verdi” nel lungo termine. Se i rifiuti costituiscono un prezioso accumulatore di energia, si potrebbe anche mettere in discussione la suddivisione dei rifiuti in frazioni più o meno preziose.
La plastica ha un valore di riciclo discutibile e, con il concetto di batteria a biomassa Power-to-X, il “riciclaggio” attraverso la combustione e la raccolta del carbonio potrebbe rappresentare una soluzione più conveniente. Dovremmo esaminarlo.
Smantellamento degli impianti di cogenerazione?
La batteria a biomassa e Power-to-X hanno molto senso, poiché disponiamo già di gran parte dell’infrastruttura esistente, ovvero dei nostri impianti di cogenerazione. Quindi dovremmo discutere se sia il caso di chiudere i nostri impianti di cogenerazione prima di arrivare a questo punto. Il governo locale danese ha già formulato un piano per la chiusura degli impianti di cogenerazione in tutta la Danimarca.
Gli impianti possono essere utilizzati nel concetto di batteria a biomassa per fornire la capacità di stoccaggio necessaria, ma anche per conferire alla nostra rete energetica la necessaria robustezza.
Pertanto, gli impianti di cogenerazione non diventeranno un ostacolo alla transizione verde, ma piuttosto un prerequisito per essa. Il fatto che saremo in grado di bilanciare a buon mercato la nostra rete energetica con la biomassa è in realtà vitale per l’ulteriore implementazione di altre fonti energetiche rinnovabili.
Power-to-X: la batteria a biomassa merita ulteriori indagini
In breve; la batteria a biomassa è una soluzione economica, con la quale ricicliamo le nostre infrastrutture esistenti ed evitiamo le perdite subite producendo prima un costoso combustibile di stoccaggio (ad esempio l’idrogeno). È una soluzione che possiamo implementare abbastanza velocemente.
Tuttavia, l’idea è nuova e per avere successo è necessario studiare diversi aspetti tecnici, come la flessibilità degli impianti di cogenerazione, la stabilità di stoccaggio della biomassa, le possibilità di stoccaggio di carbonio e ossigeno e in generale l’interazione con altre tecnologie verdi. .
Tuttavia, se i nostri politici prendono sul serio la transizione verde, sembra ovvio indagare su questi relativamente pochi fattori. A mio avviso, non c’è dubbio che se la batteria a biomassa e Power-to-X potessero essere introdotti come capacità di stoccaggio, ciò offrirebbe un enorme passo avanti nel garantire un approvvigionamento energetico stabile in futuro.
Riferimenti:
- Gylling, M.; Jørgensen, U.; Bentsen, NS; Felby, C. & Johannsen, VK, (2012). “+10 milioni. tonnellate aereo”. Udgivet dell’Università di Aarhus e dell’Università di Copenaghen.
- Graudal, L., UB Nielsen, E. Schou, BJ Thorsen, JK Hansen, NS Bentsen e VK Johannsen (2013). Prospettiva per gli skovenes bidrag til grøn omstilling mod en biobaseret økonomi: Muligheder for bæredygtig udvidelse af dansk produttoreet vedmasse 2010-2100. Copenaghen, IGN/Skov & Landskab, IFRO/Skov & Landskab.
- Emilie Jacobsen, Sofie M. Skov, Alessandro Singlitico, Henrik L. Frandsen, (2023) Analisi techno-economica della produzione di carburante verde per l’aviazione utilizzando un elettrolizzatore integrato e un sistema di stoccaggio “batteria a biomassa”, International Journal of Hydrogen Energy
Fonte: DTU
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org