Energia: petrolio, solare a concentrazione per decarbonizzare la raffinazione

Realizzare un impianto solare a concentrazione in una raffineria di petrolio permetterebbe di tagliare di oltre il 10% le emissioni di anidride carbonica (circa 54 mila tonnellate/anno) e la quantità di metano utilizzato (circa 20 mila tonnellate/anno) nella produzione di calore utile al processo di distillazione del greggio. È quanto emerge da uno studio condotto da ENEA e Università degli Studi di Palermo[1], promosso dal Ministero dell’Università e della Ricerca e pubblicato sulla rivista Energy.

“La distillazione del greggio rappresenta uno dei processi più energivori con una domanda di energia complessiva pari a circa il 30-40% del totale", spiega Alessandro Galia dell’Università di Palermo. “Con questo studio - prosegue Galia - abbiamo dimostrato che il calore prodotto da un impianto solare a concentrazione potrebbe essere integrato in modo efficace ed economico nel processo di distillazione e ottenere due obiettivi: una significativa decarbonizzazione delle attività di raffineria e una riduzione dei consumi di metano, in particolare per quegli impianti situati in regioni con alta irradiazione solare. Ma l’implementazione pratica dell’integrazione del calore solare è complessa poiché richiede lo sviluppo di una strategia per abbinare in modo economicamente sostenibile la natura intermittente della radiazione solare con il funzionamento continuo delle raffinerie”.

L’impianto ipotizzato nello studio si basa sull’uso di collettori solari lineari lunghi 100 metri ciascuno, con una larghezza di specchi di 5,8 metri, provvisti di un tubo ricevitore dove scorre una miscela di sali fusi, nota come “sale solare”, che svolge la funzione di fluido di trasferimento e di accumulo di calore.

“Abbiamo considerato diverse configurazioni dell’impianto rinnovabile variando la potenza solare integrata (50 e 70 MW) e l’estensione del campo solare (80 e 100 stringhe o loop[2], da 6 collettori solari ciascuna) e impostando una capacità massima del serbatoio di stoccaggio caldo a 800 mila kWh. Tutto questo grazie alla possibilità di regolare la potenza delle tradizionali fornaci di distillazione e, di conseguenza, ottenere un impianto ibridizzato”, sottolinea Giampaolo Caputo, ricercatore del Laboratorio ENEA Energia e Data Science del Dipartimento Tecnologie Energetiche e Fonti Rinnovabili.

Il team di ricerca ha calcolato che la dimensione massima dell’impianto solare a concentrazione è limitata a 100 loop (circa 330 mila metri quadrati di superficie di collettori) ed è in grado di fornire costantemente al processo il calore solare, inclusa la ‘carica’ di accumulo di energia termica per 24 ore di funzionamento nelle giornate serene.

Lo studio è stato poi completato con un’analisi tecnico-economica - eseguita su un caso simulato mediante una rielaborazione di dati reali di funzionamento di una raffineria italiana - che stima un tasso di ritorno dell’investimento per l’installazione dell’impianto solare a concentrazione del 16,2% per la particolare situazione di irraggiamento considerata[3].

È stato poi stimato l’impatto di questa ibridazione sulle emissioni di CO2 e sul consumo di carburante ipotizzando la stessa raffineria situata negli Emirati Arabi Uniti. Dallo studio emerge che i due siti presi in considerazione non differiscono significativamente nell’intensità massima giornaliera della radiazione diretta, ma piuttosto nella distribuzione dell’irradiazione solare durante l’anno (più uniforme nel sito della Penisola arabica), che permette di ottenere una maggiore percentuale di abbattimento della CO2, pari al 17% (circa 3.800 ore a Milazzo in Sicilia e 4.100 ore negli Emirati Arabi Uniti). “Questo dimostra che l’integrazione del calore solare ad alta temperatura risulterebbe interessante soprattutto per quelle raffinerie che operano in zone ad elevato irraggiamento e con disponibilità di spazio per l’istallazione del campo solare in prossimità delle unità di distillazione del greggio”, conclude Giampaolo Caputo di ENEA.

[1] Cofinanziato con i fondi PNRR del partenariato esteso NEST - Network for Energy Sustainable Transition, Spoke1, Obiettivo 4 https://fondazionenest.it/spoke/solar/

[2] I loop si riferiscono ai circuiti chiusi attraverso i quali il fluido termovettore (come i sali fusi) circola per raccogliere e trasferire calore. Ogni loop tipicamente comprende un insieme di collettori solari, come specchi parabolici o eliostati, che concentrano la luce solare su un ricevitore, riscaldando il fluido termovettore. Nel caso in esame un loop è formato da 6 collettori solari parabolici da 100m e quindi una lunghezza totale di 600m. Un maggior numero di loop significa una maggiore superficie di collettori e quindi una maggiore capacità di raccolta e trasferimento di energia solare.

[3] Scenderebbe all’8,5% nel caso dell’installazione di un elettrolizzatore per la produzione di idrogeno verde da fotovoltaico delle stesse dimensioni, orientamento e inseguimento dell’impianto solare a concentrazione considerato nello studio e un taglio della CO2 e del metano, rispettivamente, ‘solo’ di 24 e 9 mila tonnellate/anno.