Impianto a CO2 supercritica in Ue per produrre elettricità da calore inutilizzato nelle industrie

Realizzare un impianto pilota su scala industriale, il primo nel suo genere in Europa, in grado di recuperare il calore inutilizzato nelle industrie e trasformarlo in energia elettrica attraverso tecnologie innovative basate sulla CO2 supercritica (sCO2). È questo l’obiettivo del progetto europeo quadriennale CO2OLHEAT (2 power cycles demonstration in Operational environment Locally valorising industrial waste HEAT), finanziato dal Programma Ue Horizon 2020 con circa 19 milioni di euro e al quale partecipano 21 partner di 11 paesi, tra cui ENEA, Politecnico di Milano, Università degli Studi Roma Tre, Rina Consulting e Nuovo Pignone per l’Italia e l’associazione belga ETN Global per il coordinamento.

L’utilizzo della sCO2 come fluido di lavoro consentirà lo sviluppo di centrali elettriche più compatte e meno complesse dal punto di vista impiantistico, con una possibile ampia diffusione della tecnologia a tutto il settore delle industrie energivore (chimica, acciaio, vetro, cemento, ceramica) caratterizzate da ampi margini di recupero del calore di processo.

“Gli impianti a sCO2 possono superare i limiti della tecnologia attuale, che si traduce in minor complessità e quindi costi inferiori rispetto agli impianti a vapore, maggior efficienza per lo sfruttamento di calore industriale a temperatura più alta e minori vincoli legati alla sicurezza per il rischio di infiammabilità rispetto agli impianti a fluido organico”, sottolinea Giuseppe Messina, ricercatore ENEA del Dipartimento Tecnologie Energetiche e Fonti Rinnovabili e responsabile del progetto CO2OLHEAT per l’Agenzia.

ENEA è coinvolta trasversalmente in quasi tutte le attività del progetto e si occuperà, assieme ad altri partner, dell’elaborazione di analisi tecnico-economiche di scenario volte a definire il modello, le caratteristiche e i requisiti che dovrà possedere l’impianto pilota. Inoltre, è leader del task per l’identificazione dei potenziali mercati per l’applicazione della tecnologia.

Dopo la fase preliminare dedicata allo studio e all’analisi, il consorzio svilupperà un impianto pilota da 2MW elettrici che sarà integrato nel cementificio CEMEX a Prachovice (Repubblica Ceca). In questo stabilimento industriale le tecnologie innovative basate sulla sCO2 saranno dimostrate in un impianto di generazione elettrica, che dovrà essere flessibile, innovativo, economicamente sostenibile e replicabile in altri contesti industriali. Il progetto prevede anche sei siti di replicazione virtuale in diversi paesi: industrie per la produzione di vetro (Turchia), alluminio (Grecia), acciaio (Spagna), un inceneritore (Belgio), un impianto di generazione elettrica (Francia) e uno solare (Spagna).

Come funziona la CO2 supercritica (sCO2)

Un fluido raggiunge uno stato supercritico quando viene sottoposto a temperature e pressioni superiori a quelle critiche, vale a dire quando viene scaldato e compresso fino a raggiungere una condizione termodinamica oltre la quale le due fasi, liquida e gassosa, diventano indistinguibili. Tale fluido, in questo caso la sCO2, ha quindi caratteristiche intermedie tra quelle di un liquido e quelle di un gas. “I cicli a sCO2 sono efficienti e flessibili, sia dal punto di vista dell’erogazione della potenza elettrica che del combustibile. Nel caso di configurazioni con ossi-combustione, vale dire con una combustione che utilizza ossigeno puro anziché aria, è possibile integrare anche un processo di cattura della CO2 a costi estremamente ridotti. In quest’ultima configurazione, gli impianti a sCO2 hanno un minimo impatto ambientale. Infine, sono estremamente compatti, il che significa che i costi di realizzazione sono relativamente bassi”, spiega Eugenio Giacomazzi, responsabile Laboratorio ENEA di Ingegneria dei processi e dei sistemi per la decarbonizzazione energetica.

L’impiego della sCO2 può essere una soluzione efficace anche per l’accumulo dell’eccesso di produzione elettrica delle rinnovabili non programmabili, mediante stoccaggio termico a bassa temperatura (ghiaccio) e successiva riconversione termo-elettrica. Molto interessante è anche l’applicazione dei cicli a sCO2 con ossi-combustione per l’estrazione di gas naturale senza contaminazione di acqua e il contemporaneo confinamento geologico della CO2 catturata.

“Sostituire gli impianti tradizionali con tecnologie di generazione elettrica basate sulla sCO2 rappresenta una grande opportunità per il raggiungimento degli obiettivi europei di risparmio energetico 2030/50, in piena sinergia con le strategie di utilizzo dell’idrogeno nei settori hard-to-abate. La tecnologia alla base di CO2OLHEAT contribuirà a ridurre il fabbisogno di energia primaria e quindi all’abbattimento delle emissioni di CO2, coerentemente con i concetti di economia circolare e di simbiosi industriale e, supportando la rete elettrica, renderà tecnicamente più sostenibile l’incremento della quota di energia da fonti rinnovabili non programmabili”, conclude Messina.

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