Il presente documento è stato redatto nell’ambito del progetto “Studi sull’utilizzo pulito dei combustibili fossili e cattura e sequestro della CO2” definito nell’Accordo Triennale tra il Ministero dello Sviluppo Economico e E.R.S.E. S.p.A. firmato il 29 Luglio 2009. Nel periodo di riferimento il progetto si è articolato su due linee di attività, ovvero: − Linea di attività 1: Impiego sostenibile dei combustibili fossili. − Linea di attività 2: Cattura e sequestro della CO 2 . L’impiego sostenibile dei combustibili fossili coinvolge diverse tematiche tra loro complementari. La prima riguarda l’incremento di efficienza degli impianti termoelettrici, la seconda il miglioramento delle tecnologie d’abbattimento. Nel primo caso, la riduzione delle emissioni si ottiene migliorando l’efficienza complessiva, a parità di energia prodotta; nel secondo caso invece per minimizzare l’impatto ambientale dei combustibili fossili s’interviene direttamente sui sistemi di abbattimento degli inquinanti presenti nei fumi di combustione. Relativamente alla prima tematica, l’attività ha riguardato l’individuazione di soluzioni costruttive, implementabili anche su impianti già esistenti, in grado di produrre una riduzione dei trafilamenti di aria nei fumi presenti nei preriscaldatori più diffusi sugli impianti, i Ljungström, che determinano una significativa riduzione del rendimento degli impianti. E’ stato inoltre affrontato il problema della misura non-intrusiva della temperatura dei fumi in ingresso alla turbina a gas, che, com’è noto, è un parametro fondamentale per l’efficienza dei cicli combinati e conseguentemente degli impianti IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle). Relativamente alla seconda tematica, gli studi sono focalizzati sui seguenti temi: – integrazione del catalizzatore SCR per l’abbattimento degli NO x sui fasci tubieri in centrali a combustibili fossili. Una tale integrazione consentirebbe di sfruttare componenti già esistenti all’interno degli impianti, siano essi a carbone o a gas naturale, per supportare il catalizzatore DeNOx. Ciò comporterebbe una riduzione dei costi d’installazione e ne faciliterebbe l’implementazione sui nuovi impianti ad oggi sprovvisti, quali ad esempio i cicli combinati. – Miglioramento delle prestazioni dei precipitatori elettrostatici con particolare riferimento alle particelle micrometriche e sub-micrometriche. Una terza tematica riguarda l’emissione di microinquinanti sia dagli impianti termoelettrici a carbone che dai termovalorizzatori. Fra questi il mercurio si caratterizza in particolare per l’elevata volatilità, la metilazione negli ambienti acquatici, il bioaccumulo negli organismi acquatici e la biomagnificazione nei più elevati livelli trofici della catena alimentare. Il metilmercurio è un potente neurotossico i cui effetti si manifestano sia negli organismi acquatici sia nell’uomo a seguito del consumo alimentare di tali organismi. Gli studi sul tema sono stati finalizzati all’analisi sia delle concentrazioni di mercurio nelle deposizioni umide atmosferiche previa installazione di un campionatore specifico per il mercurio, sia delle concentrazioni di mercurio in matrici ambientali (acqua, fitoplancton, zooplancton, pesci) campionate in laghi potenzialmente “sensibili”.

Com’è noto, il principale ostacolo all’introduzione della CCS (Carbon Capture and Storage) in un impianto termoelettrico è rappresentato dai costi elevati, di capitale e di esercizio, dovuti ai processi di cattura della CO 2 , che si riflettono in un marcato aumento del costo dell’energia. L’attività di ricerca è quindi indirizzata allo sviluppo di quelle tecnologie che consentono di aumentare le prestazioni e di ridurre i costi. La cattura della CO 2 , finalizzata ad un suo successivo confinamento, è realizzata sulle tre tipologie di impianto: IGCC, termoelettrico convenzionale e termoelettrico con combustione in ossigeno (oxy-coal-combustion). Ad ognuna delle tre tipologie di impianto si associano rispettivamente le tecnologie di cattura: pre-combustione (la CO 2 , a concentrazioni elevate, è rimossa prima del processo di combustione), post-combustione (la CO 2 , a basse concentrazioni, viene rimossa dai gas combusti a valle del processo di combustione); ossi-combustione (il comburente è ossigeno, anzichè aria, e quindi i gas combusti sono costituiti da CO 2 e vapore acqueo). Nel periodo di riferimento, sono state svolte attività riferite ad ognuna di queste tre tipologie ed in particolare: – lo sviluppo e la caratterizzazione di membrane di Palladio per la separazione dell’idrogeno, da utilizzare in un reattore di Water Gas Shift (cattura pre-combustione); – lo studio dei meccanismi di degrado di materiali/rivestimenti delle turbine a gas, elemento chiave per il miglioramento delle prestazioni degli impianti IGCC (cattura pre-combustione); – lo studio di membrane per la separazione dell’ossigeno (cattura pre-combustione e ossi-combustione del carbone); – l’analisi dei problemi di controllo e di esercizio di un impianto innovativo che utilizza la tecnologia della pressurized oxy-coal combustion; – lo studio di un prototipo di reattore a sorbenti solidi da installare in un impianto in esercizio per effettuare la cattura della CO 2 post-combustione (cattura post-combustione); – lo studio di possibili configurazioni innovative di impianti di generazione elettrica caratterizzati da una significativa cattura della CO 2 per minimizzare le riduzioni di rendimento indotte dalla CCS; – l’analisi delle tecnologie atte alla produzione di idrocarburi sintetici (ed in particolare di carburanti) a partire dal carbone in configurazioni adatte ad una parziale cattura della CO 2 ; – lo studio della possibilità di estendere la rete di trasporto già esistente per gas naturale al trasporto di miscele di H 2 e gas naturale, che costituirebbe un primo passo verso la realizzazione di una rete capillare di distribuzione di idrogeno. Il sequestro della CO 2 prodotta dall’utilizzo dei combustibili fossili è una scelta ritenuta indispensabile per evitare le conseguenze dannose dei cambiamenti climatici. Fra le diverse opzioni lo stoccaggio in formazioni geologiche profonde, quali acquiferi salini o giacimenti esauriti di idrocarburi, è la più nota e i diversi progetti già realizzati nel mondo hanno dimostrato che può essere praticata. In ogni caso vi sono diversi ostacoli alla sua applicazione su larga scala legati in particolare all’incertezza sul comportamento del deposito a lungo termine ed alla sicurezza. Altri ostacoli all’applicazione di questa tecnica sono rappresentate dalle carenze del quadro legislativo e dall’accettazione da parte dei cittadini. Infine è da evidenziare che le soluzioni da adottare sono strettamente legate alla particolarità della regione geografica interessata. In questo quadro, le attività svolte nel periodo di riferimento hanno riguardato: − la caratterizzazione dei potenziali siti di stoccaggio nazionali; − la modellazione numerica dei serbatoi, ai fini della sicurezza, per lo studio del comportamento della CO 2 a breve, medio e lungo termine; − lo sviluppo ed l’applicazione sperimentale di sistemi di monitoraggio per garantire la sicurezza del deposito; − la sperimentazione di laboratorio per la caratterizzazione delle interazioni della CO 2 con i materiali presenti nel sito di stoccaggio; − l’analisi della sensibilità della pubblica opinione, lo sviluppo di strumenti divulgativi e l’analisi critica della normativa europea di riferimento. Vi sono inoltre allo studio processi alternativi che prevedono la mineralizzazione della CO 2 con minerali (ad es. silicati) trasformando così la CO 2 , ancora reattiva, in una specie diversa e sufficientemente inerte. Questa tecnica rispetto allo stoccaggio geologico non presenta le incertezze relative alla stabilità del deposito ma comporta un forte impatto ambientale perché richiede la disponibilità di enormi quantità di minerali e la necessità di

depositare i minerali prodotti. Per questo motivo, nel periodo di riferimento, è stato eseguito uno studio di fattibilità di una tecnica fortemente innovativa che prevede l’utilizzo di acqua di mare per stabilizzare la CO 2 .