L’esigenza di rendere i sistemi di generazione elettrica più flessibili e meno impattanti per l’ambiente ha portato, negli ultimi anni, un notevole sviluppo dei cosiddetti cicli a CO2 supercritica (S-CO2).

Concettualmente sono simili al ciclo convenzionale a vapore, sostituito in questo caso da CO2 ad alta pressione. Il risultato sono elevate efficienze di conversione e la riduzione al minimo delle inerzie termiche degli impianti, resi così più flessibili e rapidi nel rispondere alle variazioni di carico. La flessibilità è tanto più importante quanto maggiore è la diffusione di impianti di generazione elettrica da fonti rinnovabili non programmabili (solare ed eolico), che rendono la produzione elettrica estremamente mutevole nel tempo e non direttamente legata alle variazioni della domanda. Inoltre, bruciando il combustibile con ossigeno quasi puro in condizioni di elevata pressione e temperatura, si ha una produzione di energia elettrica ad alta efficienza e di una corrente di CO2 pressoché pura, pronta al riutilizzo o al confinamento geologico.

Dei notevoli sviluppi di questa tecnologia si è discusso lo scorso marzo a Pittsburgh (Pennsylvania, Stati Uniti), nel corso del sesto simposio internazionale sui cicli a CO2 supercritica. L’evento, organizzato dal Dipartimento per l’Energia degli Stati Uniti e dal National Energy Technology Laboratory (NETL), ha fornito l’occasione per presentare lo stato dell’arte della tecnologia, oggetto di numerosi studi (teorici e sperimentali) e della realizzazione di alcuni prototipi.

La ricerca è volta principalmente allo sviluppo di impianti per applicazioni commerciali di taglia compresa tra 5 e 500 MW, per la generazione elettrica da carbone e gas naturale, ma anche da rifiuti, da nucleare e da fondi rinnovabili (solare termodinamico e geotermia), come sottolineato da Vann Bush, direttore del progetto STEP del Gas Technology Institute. La principale applicazione della tecnologia è costituita dall’impianto dimostrativo della taglia di 50 MW termici, recentemente realizzato dalla NetPower nella periferia di Houston (Texas, Stati Uniti). Particolarmente intensa è la ricerca sulle caratteristiche fluodinamiche del processo, con lo sviluppo di modelli di simulazione avanzatissimi, necessari per la progettazione delle turbine. Sono inoltre in corso (principalmente da parte della Rolls Royce) studi sulle possibili applicazioni dei cicli S-CO2 non solo alla generazione elettrica, quanto piuttosto alla propulsione navale.

Dal congresso è infine emerso come – a causa della mancata esperienza commerciale – sia ad oggi molto difficile effettuare una valutazione attendibile dei costi, che comunque paiono estremamente competitivi rispetto a quelli degli impianti convenzionali. A conferma del notevole interesse per la tecnologia, Darren Mollot del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, ha sottolineato come negli ultimi cinque anni il Governo americano ha più che decuplicato gli investimenti nello sviluppo tecnologico dei cicli S-CO2, fino ai 30 milioni di dollari investiti nel solo anno 2017.

Lo sviluppo dei cicli S-CO2 potrebbe essere, in prospettiva, di notevole interesse per l’Italia che, nella recente Strategia energetica nazionale, mira alla chiusura, entro il 2025, di tutti gli impianti a carbone (il cosiddetto “phase out”) e a un potenziamento della generazione elettrica da fonti rinnovabili. E potrebbe esserlo ancora di più per la Sardegna, dove la necessità di impianti estremamente flessibili è resa ancor più stringente dalla condizione di insularità. Da qui la partecipazione all’evento di Sotacarbo, che ha approfittato dell’occasione per discutere di possibili collaborazioni con il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, con il NETL e con il consorzio statunitense Gas Technology Institute. APettinau