La centrale elettrica PEM converte l’idrogeno sottoprodotto in elettricità a emissioni zero
Gli impianti di produzione di cloro-alcali (CA) utilizzano l’elettrolisi per trasformare la salamoia, una soluzione di cloruro di sodio (NaCl), in cloro (Cl2) e soda caustica (NaOH). Con un processo basato su grandi quantità di elettricità, questi prodotti costituiscono importanti materie prime per l’industria chimica. Come sottoprodotto, gli impianti producono anche idrogeno di elevata purezza. In molti impianti di CA, specialmente in Cina, questo viene semplicemente rilasciato attraverso uno sfiato. Il progetto DEMCOPEM-2MW ha dimostrato che la tecnologia della membrana a scambio protonico (PEM) può convertire questo idrogeno in elettricità, calore e acqua, utilizzabili dalle centrali elettriche CA con benefici ambientali ed economici. DEMCOPEM-2MW ha ricevuto finanziamenti nell’ambito delle iniziative tecnologiche congiunte dell’UE e dell’iniziativa di Progetto collaborativo. Integrazione della tecnologia PEM Al cuore del sistema DEMCOPEM-2MW si trovano le celle a combustibile PEM, che trasformano l’energia chimica generata quando l’idrogeno e l’ossigeno reagiscono elettrochimicamente l’uno con l’altro, in energia elettrica. La parte determinante delle celle, dove si verificano le reazioni, è la cosiddetta «zona trifasica» (triple phase boundary, TPB) in cui l’elettrolita, il catalizzatore e i reagenti si mescolano. «L’installazione della tecnologia PEM nelle fabbriche volta a utilizzare il gas idrogeno per la produzione di elettricità è relativamente facile. L’idrogeno viene semplicemente catturato tramite un gasdotto con l’elettricità derivata, risparmiando alla fabbrica di CA fino al 20 % dei costi relativi all’elettricità», afferma Jorg Coolegem, coordinatore scientifico. Il sistema è intrinsecamente sostenibile in quanto l’unico reagente è l’acqua pura, il che significa che non vengono prodotti gas serra, NOx, particolato o altri componenti dannosi. Il calore utilizzato durante il processo può anche essere utilizzato, ad esempio, per preriscaldare la salamoia (necessaria per l’elettrolisi) e può anche essere utilizzata l’acqua demineralizzata prodotta dall’ossidazione dell’idrogeno, ad esempio per produrre la salamoia. L’installazione è concepita per 20 anni di funzionamento continuo. Sebbene le pile di celle a combustibile saranno sostituite più volte in questo periodo, esse sono progettate in modo tale che la maggior parte dei componenti possa essere riciclata e riutilizzata. Per mantenere bassi i costi di produzione e manutenzione, le celle a combustibile (in particolare le membrane, gli elettrodi e il catalizzatore) sono costruite per durare nel tempo e progettate per ridurre al minimo la perdita di energia. Il sistema funziona automaticamente, partendo da un controllore logico programmabile (PLC), con esecuzione da remoto di monitoraggio (diagnostica di sistema) e funzionamento (ad esempio per avviare/arrestare o modificare la capacità di produzione). Pronto a partire Dopo lo sviluppo di un’unità da 1 MW, il progetto ha raggiunto un altro traguardo con l’attuale sistema da 2 MW progettato e realizzato presso la fabbrica MTSA nei Paesi Bassi. Dopo aver installato le celle a combustibile, prodotte da Nedstack, il sistema completo è stato collaudato con successo. La tecnologia è ora pronta per essere lanciata sul mercato. Infatti è stato eseguito il test di accettazione in fabbrica con successo con Ynnovate a Yingkou, in Cina, che ha acquistato il sistema. «La Cina è il mercato ideale se si considerano i prezzi elevati dell’elettricità, fino a due volte quelli dell’Europa, e il fatto che detiene il 50 % della produzione mondiale di CA, il che rende fondamentale l’efficienza dell’elettricità», afferma Jan ten Have, coordinatore tecnico. A parte i mercati in cui l’idrogeno è già un sottoprodotto di produzione, un’altra potenziale strada potrebbe essere la Power to Power (P2P), in cui l’eccesso di energia rinnovabile temporanea (ad esempio, eolica o solare) viene immagazzinato come idrogeno. Durante carenze di energia rinnovabile, quest’idrogeno potrebbe essere elettrificato utilizzando una centrale elettrica PEM. La tecnologia potrebbe anche essere adottata dal settore dei trasporti, ad esempio quello marittimo e ferroviario.
Parole chiave
DEMCOPEM-2MW, energia, elettricità, emissioni zero, economia a bassa emissione di carbonio, idrogeno, membrana a scambio protonico, cloro-alcali, salamoia, ossidazione, rinnovabili
