I ricercatori di KIT sono riusciti a produrre metano rinnovabile da una miscela di gas di sintesi a base di biomassa nel loro impianto pilota per la metanazione a nido d'ape. La qualità di questo gas naturale sintetico (SNG) è paragonabile a quella del gas naturale fossile e può essere utilizzato come combustibile negli impianti di cogenerazione e riscaldamento, nonché nelle automobili o nei camion. L'impianto pilota è stato progettato e testato dai ricercatori dell'Istituto di tecnologia di Karlsruhe (KIT) e del Centro di ricerca dell'Associazione tecnica e scientifica tedesca per il gas e l'acqua (DVGW).

Il calore e la mobilità si basano ancora principalmente su fonti fossili. Per il futuro approvvigionamento energetico sostenibile e compatibile con l'ambiente in questi settori, però, vettori energetici chimici da fonti rinnovabili, come biogas o SNG, sono anche adatti, dicono gli esperti.

"I vettori energetici chimici hanno un'elevata densità energetica e sono particolarmente attraenti per il settore della mobilità, "dice Felix Ortloff, Responsabile del gruppo "Process Engineering" del Centro di ricerca DVGW presso l'Engler-Bunte Institute (EBI) di KIT.

Gli impianti di biogas producono il gas rinnovabile principalmente dalla fermentazione dei rifiuti biologici. Nei paesi con un vasto settore forestale, come la Finlandia o la Svezia, c'è un alto potenziale per la produzione di SNG dal legno di scarto. Attraverso la gassificazione della biomassa, viene prodotto un gas di sintesi, che consiste principalmente di idrogeno, monossido di carbonio, e anidride carbonica. Questa miscela può quindi essere convertita in metano di alta qualità mediante metanazione. I ricercatori dell'Istituto Engler-Bunte di KIT e del Centro di ricerca DVGW hanno ora testato con successo un processo di metanazione altamente efficiente per un periodo di diverse settimane nella città di Köping, Svezia.

I componenti principali dell'impianto sono catalizzatori a nido d'ape sviluppati e ottimizzati per l'uso da parte del gruppo "Catalytic Fuel Conversion" della divisione EBI di chimica e tecnologia dei combustibili (EBI ceb) guidato da Siegfried Bajohr. "In un processo in un'unica fase, catalizzatori di nichel metallico convertono idrogeno e monossido di carbonio e, in caso di sufficiente apporto di idrogeno, anche anidride carbonica in metano e acqua, " dice Siegfried Bajohr.

L'impianto pilota di progettazione di container è stato accoppiato a un gassificatore di biomassa che fornisce i gas contenenti carbonio necessari per la reazione chimica. All'interno di questo complesso, L'impianto di metanazione di KIT ha convertito in modo affidabile il gas di sintesi in metano per un periodo di diverse settimane. "Il metano sintetico prodotto è stato poi applicato come carburante nei veicoli a gas naturale del nostro partner di progetto svedese Cortus AB, " aggiunge Bajor.

"Oltre all'uso nei veicoli a gas naturale, il metano può anche essere immesso nell'infrastruttura europea del gas naturale esistente, "dice Felix Ortloff, EBI. Secondo gli scienziati, il metano può già sostituire il gas naturale fossile in molte applicazioni oggi.

"Inoltre, la tecnologia può essere applicata anche nel contesto power-to-gas, " aggiunge Ortloff. In questo caso, l'acqua viene scissa in idrogeno e ossigeno mediante elettrolisi utilizzando energia elettrica rinnovabile. Quindi, l'idrogeno reagisce con l'anidride carbonica a metano sintetico. Oltre alla riduzione della sollecitazione delle reti elettriche, l'integrazione di impianti di gassificazione di biogas o biomassa nei concetti power-to-gas è considerata vantaggiosa dai ricercatori. La capacità produttiva degli impianti potrebbe essere raddoppiata, in quanto l'anidride carbonica derivante dalla produzione di biogas viene convertita completamente in metano.

"Il nostro impianto pilota è caratterizzato da un design estremamente compatto e, quindi, elevata mobilità, " dice Ortloff. "Quando installato in un container, può essere testato ovunque in impianti di biogas remoti, nelle zone rurali, o in combinazione con altra CO ₂ fonti che potrebbero essere rilevanti in futuro, come vari processi industriali, " lui dice.

Dopo l'operazione in Svezia, l'impianto pilota ora sta tornando a Karlsruhe. "L'impianto sarà integrato nell'infrastruttura dell'Energy Lab 2.0 nel Campus North di KIT. Vogliamo migliorare ulteriormente la metanazione a nido d'ape e ottimizzare i catalizzatori per l'uso in strutture molto più grandi", afferma Siegfried Bajohr, il coordinatore scientifico dell'impianto pilota.