L’attività, portata a termine nel periodo di riferimento, riguardante l’utilizzo di biogas per l’alimentazione di celle a combustibile, è stata articolata in tre linee principali: – Caratterizzazione di laboratorio di celle a combustibile MCFC alimentate con biogas simulato. – Verifiche di funzionalità di celle a combustibile alimentate con biogas da digestione anaerobica: sviluppo di sistemi di clean up e prove di durata in campo con biogas da digestione di FORSU. – Partecipazione a gruppi normativi internazionali sulla definizione di procedure per la valutazione delle prestazioni di sistemi a celle a combustibile per applicazioni stazionarie (TC105 WG1 e WG4, CT 105). Al comitato CT105 del CEI partecipano anche CNR ed ENEA L’Unione Europea ha riconosciuto il biogas tra le fonti energetiche rinnovabili non fossili che permettono non solo di affrontare il problema dell’autonomia energetica, ma anche di contribuire a una migliore gestione dei rifiuti, con riduzione dell’inquinamento ambientale e dell’effetto serra. La produzione dell’Unione Europea di energia primaria da biogas è in continuo aumento, pari a 8,3 Mtep nel 2009, con una produzione totale di energia elettrica di 25 TWh. Nel 2008 la produzione di energia primaria e di energia elettrica totale erano state rispettivamente di 7,5 Mtep e 20 TWh (fonte: http://www.eurobserv- er.org). Il 50% della produzione di biogas ed energia spetta alla Germania, soprattutto in virtù del grande sviluppo di piccoli produttori di estrazione rurale, con sistemi prevalentemente a digestione anaerobica. L’Italia si colloca al quarto posto per produzione di biogas con una quota di 0,4 Mtep nel 2009 e al terzo per energia elettrica prodotta con 1,7 TWh. Come per la maggior parte dei paesi Europei, il biogas prodotto in Italia proviene per lo più dalle discariche. Dal bollettino del GSE sulle rinnovabili, al giugno 2010 risultano complessivamente in esercizio 455 impianti di cui 265 alimentati a biogas e 190 a gas da discarica. La direttiva europea 1999/31/EC, tuttavia, obbliga gli stati membri a ridurre la quantità di materiale biodegradabile inviato in discarica, proponendosi di arrivare entro il 2016, al 35% dei livelli del 1995. Una delle tecnologie più votate all’utilizzo di tale materiale è la Digestione Anaerobica che, per tale motivo e a fronte d’incentivazioni statali, negli ultimi anni ha avuto un forte incremento anche in Italia. Nel giugno del 2009 erano complessivamente 360 gli impianti di digestione anaerobica in attività in Italia, la gran parte dei quali utilizza il biogas in motori a combustione interna per produrre energia elettrica (immessa in rete) e calore (ancora poco sfruttato). Un’alternativa alle tradizionali tecnologie, anche se ancora a livello prototipale o pre-commerciale, è l’impiego di sistemi a cella a combustibile, caratterizzati da emissioni ridotte ed efficienze elettriche che possono raggiungere e superare il 50% ed essere pressoché indipendenti dalla potenza in un ampio intervallo di funzionamento. A livello internazionale sono state compiute campagne di prova sperimentali su differenti sistemi a celle a combustibile alimentati con biogas. Le prime applicazioni di rilievo industriale risalgono agli anni novanta. Negli Stati Uniti alcuni sistemi PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cells) da 200 kWe della UTC sono stati alimentati con biogas prodotti dalla digestione anaerobica di fanghi in impianti per il trattamento delle acque. Complessi sistemi di pulizia del combustibile sono stati messi a punto per pretrattare il biogas ed abbattere buona parte degli inquinanti, principalmente composti solforati. Più recentemente sono state soprattutto le celle a carbonati fusi a essere sperimentate con biogas. In alcuni paesi sono già in corso estese campagne di prova con sistemi MCFC da 200 kWe fino a 3 MWe alimentati a biogas. Fuel Cell Energy, società leader nel settore delle celle a carbonati fusi, a luglio 2010 aveva installato o in ordinazione 100 MW di sistemi di potenza MCFC di cui 11 MW alimentati con biogas o gas di risulta del trattamento delle acque reflue. Da fonti di stampa del novembre 2010, risulta che altri tre impianti alimentati a biogas, per complessivi 4.5 MWe, saranno forniti da Fuel Cell Energy alla californiana BioFuels Fuel Cells LCC per l’installazione nella zona di San Diego. La maggior parte degli impianti FCE alimentati a biogas si trova in Nord America. In Asia, la Corea del Sud ha avviato un programma sulle celle a carbonati fusi che prevede sia lo sviluppo di una propria tecnologia sia l’installazione di sistemi FCE grazie agli accordi tra POSCO e FCE. I coreani in particolare hanno installato diversi MW di potenza d’impianti MCFC di Fuel Cell Energy per applicazioni di generazione distribuita a supporto alla rete, alcuni dei quali alimentati a biogas. Tra questi, va segnalato il progetto da 11.2MW MCFC a Daegu City, a oggi l’impianto a celle a

combustibile di taglia più grande al mondo. I programmi di R&D coreani vedono coinvolti Doosan Heavy Ind., KIST, KIER, KEPRI e POSCO. In una recente presentazione al Workshop sulle MCFC di Parigi Ryu di Doosan Heavy Industries & Construction ha comunicato che POSCO ha finora installato circa 40 MW di impianti MCFC di Fuel Cell Energy in Corea, mentre Samsung Everland ha installato 12 impianti da 400 kWe PAFC di UTC per complessivi 4,8 MW. I coreani prevedono di arrivare a 500 MW di sistemi a celle a combustibile nel 2017. Tra i progetti recenti va inoltre segnalato quello di Franco Cell, società francese di produzione di energia elettrica fondata nel 2006. Franco Cell ha progettato un impianto basato su celle a carbonati fusi alimentate a bioetanolo specificamente per le isole caraibiche. Il primo impianto da 30 MW sarà installato in Guadalupa a Jarry, Pointe a Pitre. La prima fase del progetto prevede nel 2012 la realizzazione di un impianto pilota da 3 MW. A livello di laboratorio si stanno esplorando anche le potenzialità di celle a ossidi solidi (SOFC) e polimeriche ad alta temperatura di esercizio (HT-PEFC). Queste ultime due tecnologie di cella potrebbero essere interessanti per applicazioni di taglia più piccola, fino a qualche decina di kWe al massimo. Sulle problematiche riguardanti l’utilizzo di biogas in SOFC sono stati pubblicati diversi lavori quest’anno da parte di università e centri di ricerca giapponesi ed europei. Va segnalato inoltre l’interesse crescente a livello internazionale per la tecnologia di cella cosiddetta a carbone diretto (DCFC), che permette l’impiego di un combustibile solido, come polverino di carbone o biomasse solide. Questa tipologia di cella a combustibile, che combina elementi sia delle MCFC sia delle SOFC, si trova ancora allo stadio di piccoli prototipi da laboratorio. In Italia attività di ricerca e sviluppo sulle possibili applicazioni del biogas in celle ad alta temperatura di esercizio (MCFC e SOFC) sono in corso presso aziende costruttrici (AFCo, SOFC Power), centri di ricerca (ENEA, ITAE CNR) e presso alcune Università (Perugia, Torino, ecc.). L’attività sperimentale di laboratorio di RSE ha riguardato la tecnologia di cella a carbonati fusi (MCFC), unanimemente riconosciuta come la più promettente per l’utilizzo di biogas su scala industriale. Nel corso del periodo di riferimento è stato siglato un nuovo accordo di collaborazione con AFCo per la sperimentazione di monocelle a carbonati fusi. Il ritardo nella firma di questo accordo ha permesso fin qui di sperimentare una sola monocella. Questa cella è stata avviata nel gennaio 2011 e sperimentata con differenti composizioni di gas tra le quali una simulante i gas di processo di un impianto di potenza alimentato a gas naturale di rete ed uno alimentato a biogas. Per la campagna di prova in campo su un digestore reale è stato identificato il sito di Camposampiero (PD) della società ETRA. Il digestore anaerobico è di tipo “wet”, processo Linde, opera in regime termofilico ed è in grado di rendere disponibile circa 3000000 di Nm3 di biogas/anno, con una resa di 170 Nm3/t di rifiuti (dati 2007 forniti da ETRA SpA). Il biogas prodotto, tipicamente costituito da metano (60%) e anidride carbonica (40%), subisce un primo trattamento di desolforazione per ridurre la concentrazione d’idrogeno solforato al di sotto di 500 ppmv e renderlo così utilizzabile da motori a combustione interna. RSE installerà presso il digestore di ETRA un laboratorio mobile con un biofiltro a percolazione della ditta austriaca Profactor, per la pulizia fine del biogas, e un sistema fornito da Cenergy, comprendente un reformer e una cella a combustibile polimerica ad alta temperatura da 500 We. I componenti principali dell’impianto sono stati tutti ordinati nel presente periodo del PAR 2010. A fine marzo sono state inoltre avviate prove preliminari sul biofiltro presso i laboratori di Profactor a Styer. Queste prove preliminari, della durata prevista di sei settimane, sono necessarie per ottimizzare i parametri di processo nelle condizioni operative previste a Camposampiero. L’installazione e l’avviamento presso ETRA del sistema completo sono programmati nell’estate 2011. RSE ha terminato nell’aprile 2010 il progetto UE correlato FCTESQA. Sono stati completati i documenti tecnici relativi alle procedure di prova di celle e stack e si è lavorato soprattutto alla disseminazione dei risultati del progetto. RSE ha proseguito la partecipazione attiva ai gruppi di lavoro internazionali WG1 Terminology e WG4 Performance Tests del TC 105 Fuel cell technologies della IEC e ha confermato anche per il triennio 2010- 2012 la presidenza del comitato CT 105 Celle a combustibile del CEI. Contributi rilevanti sono stati dati alla seconda edizione della Specifica Tecnica IEC 62282-1 Terminology, pubblicata nell’aprile 2010, e allo sviluppo della seconda edizione della norma internazionale 62282-3-200 Stationary Fuel Cell Power Systems: Performance Test Methods. Proprio per i contributi a quest’ultimo lavoro, l’autore di questo rapporto ha ottenuto nel 2010 il “1906 Award” della IEC, un importante riconoscimento che premia annualmente gli esperti che si sono maggiormente distinti all’interno dei comitati tecnici.

Ricercatori di RSE hanno partecipato al CIMTEC 2010 – Symposium FC – Fuel Cells: Materials and Technology Challenges a Montecatini Terme il 13-18/06/2010 e al “2011 International Workshop on MCFC & related topics” (MCFC, DCFC, SOFC/MCFC, CO2 capture, …) a Parigi il 21 e 22 marzo 2011. E’stata infine programmata la partecipazione al convegno internazionale di Roma EFC11 – “4th European Fuel Cell Technology & Applications Piero Lunghi Conference & Exhibition” nel dicembre 2011, con un poster sulla sperimentazione cella HT-PEM alimentata a biogas. Questo rapporto è frutto dell’attività di RSE nel periodo di riferimento ed è virtualmente articolato in tre sezioni, in cui sono presentate: – La rassegna sulle tecniche di pulizia del biogas, con particolare riferimento alla desolforazione, e lo stato di avanzamento del progetto d’installazione di un sistema completo di desolforazione e generazione mediante cella a combustibile presso il digestore anaerobico di ETRA a Camposampiero (Cap. 2). – L’attività sperimentale di laboratorio presso RSE su monocelle a carbonati fusi di AFCo (Cap. 3). – Le partecipazioni a progetti europei correlati (Cap. 4), ad attività di normativa tecnica (Cap. 5) e a convegni e comitati scientifici (Cap. 6).