Nell’ambito del progetto GENDIS (Generazione Distribuita) della "Ricerca di Sistema" sono stati identificati, tra i temi di interesse, sia l’analisi delle possibili integrazioni tra diversi sistemi innovativi di generazione quali pile a combustibile e turbine a gas di piccola e media taglia, finalizzate all’ottenimento di impianti di elevata efficienza elettrica, sia la valutazione delle possibili ripercussioni o chance offerte delle soluzioni stesse ai fini del conseguimento di un minor impatto ambientale, in particolare per quanto attiene le emissioni di biossido di carbonio. Una delle opzioni possibili è lo sfruttamento per l’abbattimento del CO2, della capacità intrinseca della pila a combustibile a carbonati fusi (MCFC) di trasferire il CO2 dalla sua corrente catodica (comburente) a quella anodica (combustibile), dalla quale può essere più facilmente ed economicamente separabile perché la corrente da trattare ha una portata minore rispetto a quella totale dei gas esausti dell’impianto, e perché la concentrazione di CO2 è più elevata. Una configurazione impiantistica promettente a tal fine potrebbe essere quella che prevede l’impiego degli esausti di un impianto di generazione (ed in particolare di un turbogas) come comburente catodico della pila MCFC. In tal modo la pila è in grado di utilizzare una parte del CO2 contenuto nei fumi del turbogas, trasferendolo e concentrandolo nella sua corrente anodica dalla quale può poi essere agevolmente ed economicamente separato. Questa configurazione è idonea anche come retrofit su un impianto già esistente. In uno studio precedente (1) è stata modellizzata una possibile configurazione di impianto integrato (pila + turbogas) che implementa la cattura del CO2 dai fumi del turbogas con l’ausilio della pila MCFC. Questa configurazione, basata su un impianto a ciclo combinato di piccola taglia (60 MWe), è in grado di coniugare le esigenze di semplicità impiantistica e buona efficienza elettrica globale (richieste ad un impianto di generazione distribuita) con la possibilità di ridurre in quantità apprezzabile le emissioni di CO2. Il rendimento elettrico globale ottenibile con tale impianto (con ciclo combinato e pila MCFC di rendimento allo stato dell’arte pari rispettivamente a circa 55 % e 50 %) è compreso tra 56 e 58 % . L’abbattimento del CO2 ottenibile è di poco superiore al 50 %, con emissioni specifiche pari a circa 170 g CO2 / kWh. Un’altra possibile configurazione, anch’essa già modellata, (2) è costituita da un tipico impianto di generazione distribuita (taglia dell’ordine di 1MW) basato su uno stack MCFC abbinato ad una microturbina in modo da realizzare un’ottimizzazione termodinamica ed impiantistica del sistema. Anche in questo caso è

possibile sfruttare le già citate capacità di concentrazione del CO2 da parte dello stack MCFC, ottenendo peraltro risultati lievemente inferiori al caso precedente sia in termini di efficienza elettrica (circa 43%) che di percentuale di CO2 abbattuta (circa il 41%). Scopo del presente rapporto è valutare i reali vantaggi forniti dalla tecnologia delle fuel cells ai fini della cattura del CO2, confrontando tale soluzione con quella di un impianto di grande taglia che, utilizzando sempre gas naturale, implementi uno schema di cattura del CO2 risultato particolarmente valido in studi svolti nel progetto SOSTE, sottoprogetto EMICO (3), (4). Tale confronto, svolto sotto il profilo energetico ed ambientale, porta alle conclusioni seguenti. Dal punto di vista energetico la generazione distribuita di piccola taglia con produzione di sola energia elettrica risulta generalmente svantaggiata rispetto al grosso impianto centralizzato a ciclo combinato, anche considerando i possibili benefici originati dal risparmio nella generazione distribuita delle perdite di trasmissione e distribuzione. Analoga considerazione vale anche dal punto di vista delle emissioni di CO2 . Il risultato energeticamente più favorevole si ottiene nel caso di impianti ibridi MCFC – ciclo combinato (di taglia pari al limite superiore della generazione distribuita), per i quali le prestazioni energetiche possono essere significativamente migliori di quelle dell’impianto CC di confronto, a fronte però di peggiori prestazioni dal punto di vista delle emissioni di CO2. Spostando il confronto dalla produzione di sola energia elettrica alla cogenerazione elettrica-termica, la situazione è un po’ diversa e più articolata. E’ noto infatti che i piccoli impianti di generazione distribuita presentano migliori opportunità di cogenerazione rispetto a quelli di grande taglia per motivi abbastanza evidenti di ubicazione in stretta vicinanza alle possibili utenze termiche. Pur dovendosi premettere che anche i grossi impianti (con cui i possibili sistemi di generazione distribuita sono confrontati) possono essere di tipo cogenerativo, è altresì vero che la cogenerazione centralizzata è soggetta a molti più vincoli rispetto a quella distribuita, poiché richiede complesse e costose reti di distribuzione del calore alle utenze, non sempre vicinissime all’impianto. In sintesi, un vantaggio per la generazione distribuita cogenerativa mediante pile MCFC può essere evidenziato solo se il confronto energetico ed ambientale viene effettuato tra sistemi cogenerativi di generazione distribuita ed impianti centralizzati non cogenerativi per la produzione di energia elettrica associati a caldaie a gas o gasolio convenzionali per la produzione del corrispondente fabbisogno termico. Va comunque sottolineato che tale vantaggio si evidenzia solo in termini di uso razionale delle fonti energetiche (che ovviamente risulta favorito da soluzioni cogenerative), mentre per quanto riguarda la cattura della CO2 la soluzione distribuita risulta comunque meno efficace (di circa un fattore 2) rispetto ad un impianto di grande taglia.

E’ bene sottolineare che attualmente non risultano in esercizio o in progetto impianti di nessuna taglia e configurazione operanti con cattura del CO2, ad esclusione di piccoli impianti sperimentali o dimostrativi. Parimenti gli impianti basati sulle pile MCFC o altre filiere ad alta temperatura sono tuttora in fase sperimentale. L’unica realtà commerciale, sia pure con molti limiti, sono attualmente le microturbine per generazione distribuita di efficienza non entusiasmante.