Negli ultimi anni, l’Unione Europea sta promuovendo la ricerca e lo sviluppo di nuove tecnologie per la produzione di idrogeno verde (prodotto da fonti rinnovabili), finanziando una serie di progetti coordinati dal FCH-JU (Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking) un partenariato pubblico-privato che sostiene attività legate al programma Horizon 2020. L’idrogeno, se prodotto tramite fonti rinnovabili, è un vettore energetico da considerare come una valida alternativa all’utilizzo dei combustibili fossili sia per il settore dei trasporti sia per la produzione di energia elettrica, garantendo l’assenza di emissioni locali e la riduzione delle emissioni di CO2. Al momento, tuttavia, il 95% della produzione di idrogeno è riconducibile a fonti fossili. Quindi, una delle possibili strade individuate dal FCH-JU è la produzione diretta di idrogeno verde a partire dal biogas e/o dal biometano.
Il progetto BIONICO (BIOgas membrane reformer for deceNtralIzed hydrogen produCtiOn) nasce nel settembre 2015 all’interno del programma H2020, con l’intento di sviluppare una tecnologia innovativa, efficiente ed economica per la produzione di 100 kg/giorno di idrogeno verde da biogas grezzo come illustrato dalla seguente figura.
Il consorzio di BIONICO, coordinato da ricercatori del Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano, è composto da 8 organizzazioni da 7 paesi: due università, Politecnico di Milano (IT) e Technical University of Eindhoven (NL), un centro di ricerca, Tecnalia (ES), una piccola-media impresa, Quantis (CH), insieme ai partner industriali Johnson Matthey (UK), ICI Caldaie (IT), Rauschert (DE) e ENC Power (PT).
L’idrogeno verde può essere prodotto da biogas tramite impianti convenzionali di steam o autothermal reforming (SR o ATR) accoppiati ad un’unità per la separazione selettiva dell’idrogeno (PSA). BIONICO, invece, sta sviluppando un innovativo reattore a membrane che permette di integrare in un solo passaggio la conversione e la separazione selettiva dell’idrogeno dal resto dei gas, riducendo l’ingombro e i costi rispetto agli impianti tradizionali, aumentando al contempo l’efficienza di conversione. Il progetto si propone di realizzare il più grande reattore a membrane per la produzione di H2 da biogas del mondo raggiungendo un’efficienza di produzione di circa il 70%, superando così di più di 10 punti percentuali i sistemi convenzionali della stessa taglia. Gli impianti tradizionali di SR e ATR raggiungono rispettivamente un’efficienza del 52% e del 28% con un costo di produzione minimo di 4,2 €/kg rispetto ai 4 €/kg di BIONICO.
Il progetto è ora nella sua fase finale e prevede di installare e avviare il prototipo entro la fine del 2019. La prima parte del lavoro è stata dedicata allo sviluppo e alla realizzazione dei componenti principali del sistema: il catalizzatore, per le reazioni di conversione del biogas in idrogeno, è stato studiato e prodotto da Johnson Matthey, mentre Tecnalia e Rauschert hanno lavorato alla realizzazione delle membrane a base di palladio ed al loro supporto ceramico tubolare per la separazione dell’idrogeno dagli altri prodotti di reazione. L’Università di Eindhoven (TU/e) si è occupata dell’integrazione e della valutazione di catalizzatore e membrane in un reattore in scala da laboratorio (Figura sottostante).
I risultati ottenuti hanno quindi permesso a TU/e, Politecnico di Milano e ad ICI caldaie, di progettare il prototipo. Il Politecnico di Milano ha studiato in particolare le prestazioni tecnico-economiche dell’intero sistema per la produzione di idrogeno mentre Quantis si è occupata del Life Cycle Assessment del sistema. Il sistema finale, che comprende il prototipo del reattore e i componenti ausiliari, è stato realizzato a Verona da ICI caldaie, e sarà successivamente installato e avviato all’interno di un impianto di produzione di biogas portoghese da parte di ENC Power.
