Il Power to Gas costituisce una possibile forma di accumulo e sfruttamento a lungo termine per l’energia elettrica in eccesso prodotta dalle fonti rinnovabili non programmabili. Questa può essere convertita in idrogeno, tramite un elettrolizzatore. La successiva metanazione di H2 e CO2 (reazione di Sabatier), consentirebbe, fin da subito, di sfruttare la capacità di accumulo quasi infinita della rete gas. La CO2 può provenire da sistemi di cattura pre o post-combustione, cattura in processi industriali o da syngas o biogas. Considerato il grande sviluppo, in Italia e in Europa, del settore della produzione di biogas da digestione anaerobica, RSE si è concentrata sullo studio di una tecnologia di metanazione molto affine alla digestione anaerobica e ad essa facilmente accoppiabile: la biometanazione ex-situ (cioè effettuata a valle del processo di digestione). Nel reattore di biometanazione i catalizzatori sono microorganismi del dominio Archaea, presenti anche nei digestori.
RSE si è focalizzata su reattori del tipo “trickle bed” (TBR – reattori a gocciolamento), reattori trifasi in cui gas e acqua attraversano un letto di elementi che supportano i microorganismi, promettenti in termini di efficienza energetica e qualità del gas, ma ancora poco studiati. Ha realizzato un impianto di metanazione biologica, che può ospitare fino a 3 reattori, in grado di operare tra 30 e 70 °C e da 1 a 10 bar a, con possibilità di controllo del pH e di alimentazione di nutrienti. L’idrogeno è prodotto da un elettrolizzatore PEM.
Dopo la messa in servizio dell’impianto, un reattore è stato avviato con inoculo termofilico. A 70 ore dall’inoculo è iniziata la produzione di metano. La percentuale di metano nella composizione del gas in uscita ha iniziato a crescere, raggiungendo il 10% dopo 120 ore di funzionamento.
In parallelo è stata effettuata un’attività di modellazione. È stato definito un modello matematico di tipo Euleriano-Euleriano a 2+1 fasi per la descrizione della fluidodinamica all’interno di un TBR, che incorpora i fenomeni di trasferimento di massa, quantità di moto ed energia coinvolti nella dissoluzione della fase gassosa in quella liquida.
Modelli semi-empirici correlano l’attrito interfase all’efficienza di bagnamento, alle caratteristiche geometriche del letto, alle caratteristiche geometriche degli elementi di riempimento ed ai parametri di Ergun. Tali modelli, sviluppati per il caso di elementi di riempimento di forma pseudo-sferica, con layout di impaccamento regolare, devono essere “tarati” sperimentalmente per il caso di elementi di riempimento di forme complesse e disposizione irregolare.
Partendo dal modello matematico, è stato sviluppato un metodo numerico, implementato in C/C++ nel software CFD “Immerflow” (Optimad), con possibilità di adattamento della griglia alle condizioni locali del flusso. Il codice è stato implementato per il calcolo parallelo ad alte prestazioni usando l’approccio della memoria distribuita