Ricerca e sviluppo

Nel 2009 il Gruppo Enel ha svolto attività per lo sviluppo e la dimostrazione di tecnologie innovative per un valore di circa 86 milioni di euro, nell’ambito del Piano per l’Innovazione Tecnologica (650 milioni di euro per il periodo 2009-2013). Le spese di ricerca sono state per circa il 46% nel campo della generazione fossile (con focus sulla cattura e sequestro della CO₂, l’idrogeno, l’abbattimento delle emissioni, l’aumento dell’efficienza negli impianti di produzione), il 50% per le fonti rinnovabili (focus sul solare fotovoltaico e su quello termodinamico, la geotermia, l’eolico, le biomasse), il 4% per l’efficienza energetica, la mobilità elettrica e lo sviluppo delle reti attive.
Le principali attività e i maggiori risultati raggiunti sono i seguenti:

Generazione termoelettrica a zero emissioni - Cattura e Sequestro della CO₂ (CCS)

La Cattura e il Sequestro dell’anidride carbonica (CCS) è la tecnologia chiave che permette di generare energia senza emissioni di CO₂ da fonti come il carbone, un combustibile necessario per garantire un mix equilibrato di generazione. La tecnologia CCS non ha ancora raggiunto una maturità commerciale: gli sforzi di ricerca devono essere quindi concentrati sulla dimostrazione su scala industriale delle tecnologie a oggi a disposizione (come la Post Combustione, la Gassificazione del Carbone o la Combustione in Ossigeno) e sul miglioramento delle loro prestazioni (in termini, per esempio, di penalizzazioni energetiche). Enel è tra le imprese capofila nella sperimentazione di queste tecnologie con attività sulla cattura della CO₂ dai fumi delle centrali a carbone (cattura post-combustione), sulle tecnologie di combustione innovativa in ossigeno e di gassificazione dei combustibili fossili (cattura pre- combustione), sulle soluzioni per lo stoccaggio della CO₂. L’impegno principale di Enel è sulla tecnologie di cattura post combustione, con il progetto di realizzazione di un impianto Dimostrativo con CCS a Porto Tolle (RO) che prevede, oltre alla cattura della CO₂ dai fumi della centrale, la compressione, il trasporto e lo stoccaggio geologico in un acquifero salino. Il Demo di Porto Tolle è uno dei progetti più avanzati al mondo per la dimostrazione su scala precommerciale della CCS ed è tra i vincitori del Bando di finanziamento dell’European Plan for Recovery (EEPR) dell’Unione Europea per il finanziamento dei primi lavori di realizzazione (finanziamento da 100 milioni di euro). Il Dimostrativo è preceduto dalla realizzazione a Brindisi di un impianto di cattura della CO₂ su scala pilota. Di seguito le principali attività portate avanti da Enel nei diversi filoni tecnologici: 

• cattura post–combustione: parallelamente allo studio condotto in laboratorio per l’ottimizzazione della scelta dei sorbenti, nel corso del 2009 sono partiti i lavori per la realizzazione dell’impianto pilota presso la centrale Federico II di Brindisi (i lavori sono in una fase molto avanzata, il commissioning dell’impianto è previsto a marzo 2010). Quest’impianto pilota, uno dei primi della sua taglia in Europa e nel mondo, consente di trattare 10.000 Nm³/h di fumi per separare 15÷20.000 t/a di CO₂ e permetterà di ottimizzare il processo di cattura, rafforzando il know-how di Enel in vista della realizzazione dell’impianto dimostrativo su scala industriale (circa 250 MW) di Porto Tolle, progetto che è stato inserito nella lista dei progetti più maturi e promettenti a livello comunitario sarà in esercizio alla fine del 2015;
• combustione del carbone in ossigeno: l’impegno di Enel per la riduzione della CO₂ non si esaurisce con l’attività sulla post-combustione, ma prosegue con un impegno forte anche nella ricerca sperimentale nell’ambito dell’ossi-combustione. L’impianto sperimentale di Livorno è stato potenziato per rendere possibile i test di combustione in ossigeno a pressione atmosferica per valutare la fattibilità di questa promettente tecnologia, mentre presso l’impianto sperimentale ITEA di Gioia del Colle è in fase di sperimentazione la combustione in ossigeno in pressione, tecnologia molto promettente per il miglioramento dell’efficienza complessiva degli impianti dotati di CCS;
• cattura pre-combustione: nell’ambito della cattura pre-combustione, che utilizza la tecnologia di gassificazione dei combustibili fossili, Enel ha concentrato la sua attività sulla messa a punto di sistemi per l’utilizzo dell’idrogeno, prodotto del processo di separazione. Nel 2009 è terminata la costruzione ed è entrato in servizio la centrale dimostrativa a idrogeno di Fusina (Ve). L’impianto da 16 MW, uno dei primi grandi risultati raggiunti, con il supporto della Regione Veneto e del Ministero dell’Ambiente, nell’ambito del Consorzio “Hydrogen Park”, distretto dell’idrogeno nato a Porto Marghera per sfruttare le risorse, le opportunità e il know how tecnico scientifico storicamente presente nella zona, può essere alimentato con idrogeno puro (proveniente dal polo petrolchimico di Marghera) o con miscele idrogeno-metano in rapporto variabile, ed è il primo esempio del suo tipo al mondo. L’obiettivo principale del programma di ricerca è quello di sviluppare un bruciatore a idrogeno su scala industriale con emissioni di NOx molto ridotte;
• sequestro geologico dell’anidride carbonica: per garantire la realizzabilità di una soluzione industriale per la riduzione delle emissioni di CO₂, la Ricerca di Enel è impegnata in ogni anello della catena del valore della CCS, anche nella fase finale di stoccaggio. A tal fine sono state infatti realizzate delle stime preliminari del potenziale di stoccaggio geologico in aree off-shore sia nell’Alto Lazio che nell’Alto e Basso Adriatico ed è stato approfondito lo studio per individuare il sito ottimale per lo stoccaggio della CO₂ che verrà separata dai fumi della centrale di Porto Tolle. In questo ambito Enel, presso il laboratorio di Brindisi, sta studiando con prove su scala pilota soluzioni per lo stoccaggio biologico della CO₂ attraverso la coltivazione di microalghe.

Contenimento emissioni e residui

Proseguono le attività relative allo sviluppo di tecnologie per il controllo delle emissioni per le quali Enel può vantare una lunga e notevole esperienza, in particolare:

• per il mercurio, è stata condotta la sperimentazione sul circuito pilota di La Spezia ed effettuate le prime prove del processo di ossidazione elettro-catalitica su impianto di piccola scala a Livorno; inoltre, è stata avviata la sperimentazione di laboratorio sull’assorbimento del mercurio in un sistema DeSOx;
• è stato avviato uno studio per la messa a punto di un metodo integrato per la valutazione del contributo delle centrali a carbone sulla concentrazione di particolato atmosferico nelle aree limitrofe;
• per il miglioramento delle performance ambientali degli impianti geotermici, è stato completata con successo la qualifica del processo di abbattimento dell’acido cloridrico nei vapori surriscaldati mediante iniezione a secco di bicarbonato di sodio;
• è stato avviato un progetto per promuovere la valorizzazione ambientale e tecnica dei residui prodotti dal processo di combustione pulita del carbone tramite il loro pieno riutilizzo come prodotti per le costruzioni.

Aumento dell’efficienza negli impianti a carbone

Enel partecipa attivamente a progetti internazionali per lo studio di componenti ottimizzati per impianti a carbone ad alta efficienza: in pochi anni, con lo sviluppo di tecnologie che consentiranno di incrementare la temperatura (700°C) e la pressione di esercizio delle centrali a carbone, sarà possibile realizzare impianti con un’efficienza superiore al 50%. È in fase di valutazione la fattibilità per un impianto pilota per il test di materiali innovativi a 700°C (leghe di nichel), da integrare in una centrale a carbone esistente.
L’aumento di efficienza degli impianti a carbone è cruciale anche come fattore abilitante per lo sviluppo delle tecnologie per la Cattura e Sequestro della CO₂.

Sistemi esperti per TG e carbone

Proseguono le attività per consolidare, aggiornare ed estendere il “Sistema di Diagnostica del Macchinario” per la diagnostica avanzata dei principali macchinari degli impianti termoelettrici.

Generazione da fonti rinnovabili

la forte crescita dell’energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili è alla base della strategia per lo sviluppo sostenibile del settore energia. Alcune forme di generazione da fonte rinnovabile (come per esempio il fotovoltaico) hanno già raggiunto uno stadio di maturità, ma il loro alto costo (e la loro bassa efficienza) ne limita lo sfruttamento su larga scala; altre sono ancora nella fase di sviluppo. La ricerca si sta concentrando, sia sul miglioramento delle tecnologie esistenti per abbassarne i costi e incrementarne l’efficienza, sia sullo sviluppo di nuovi concept di generazione. Enel è impegnata sul solare fotovoltaico (le sfide maggiori sono nello sviluppo del film sottile, del solare a concentrazione e di nuovi materiali più economici alternativi al silicio), sul solare termodinamico (sviluppo di schemi impiantistici innovativi, come l’utilizzo di un immagazzinamento integrato di energia che permette di produrre elettricità anche di notte o come la generazione diretta di vapore, o di elementi innovativi come gli specchi di Fresnel), sull’eolico (sviluppo dell’eolico off-shore che permetterà di installare impianti di più grande taglia e di sfruttare venti più intensi e costanti, o di sistemi per aumentare la producibilità degli impianti on-shore), sulle biomasse (utilizzo delle biomasse come combustibile in impianti tradizionali – che accoppiato all’utilizzo di tecnologie CCS renderebbe l’impianto carbon negative ⁽¹⁾ – o in impianti di gassificazione) e su altre tecnologie come la geotermia innovativa (la geotermia a bassa entalpia che consente di sfruttare sorgenti con temperature relativamente basse, o gli Enhanced Geothermal Systems che permettono di generare energia da rocce calde in assenza di vapore).
In particolare Enel lavora ai seguenti progetti:

• solare termodinamico: sono proseguiti i lavori di cantiere (ora nelle fasi conclusive) del “Progetto Archimede” che prevede la realizzazione di un innovativo impianto solare termodinamico dimostrativo (5 MW) a collettori parabolici lineari, su tecnologia ENEA, accoppiato all’esistente centrale a ciclo combinato di Priolo Gargallo (SR). Con questa tecnologia all’avanguardia (si tratta del primo impianto dimostrativo al mondo) sarà possibile incrementare l’efficienza dell’impianto, garantendo una maggiore producibilità, grazie alla possibilità di sfruttare la capacità dei Sali fusi di raggiungere temperature superiori ai 500°C; l’impianto sarà operativo da maggio 2010;
• fotovoltaico innovativo: è stato completato lo sviluppo a Catania di un importante laboratorio solare, con attrezzature avanzate, che consente la verifica delle prestazioni di sistemi fotovoltaici innovativi e lo sviluppo di nuove soluzioni con maggiori rendimenti di conversione e costi contenuti. Il laboratorio svolgerà un ruolo fondamentale nello sviluppo e nella pre-industrializzazione di tecnologie fotovoltaiche avanzate che possano garantire l’espansione e il consolidamento di moduli fotovoltaici a film sottile di ultima generazione;
• geotermia innovativa: Enel è impegnata nello studio di un ciclo organico supercritico a elevate prestazioni che permetterà di realizzare impianti geotermici a più alta efficienza in presenza di fonte geotermica a bassa entalpia. Verrà realizzato presso l’Area Sperimentale di Livorno un circuito pilota prototipale da 500 kWe;
• biomasse e combustibile da rifiuti: Enel concentra le sue attività sulle Biomasse e sul Combustibile da Rifiuti (CdR) in co-combustione nelle centrali a carbone.
  E’ stato avviato il monitoraggio delle unità 3 e 4 della centrale di Fusina alimentata, in co-combustione, con biomasse (CDR) e carbone (5% CDR – 95% carbone); quest’attività, condotta all’interno di un progetto Europeo coordinato da Enel, consente di studiare il comportamento di una centrale “tradizionale” quando viene alimentata con combustibili da biomasse per la produzione di energia rinnovabile. Enel ha inoltre ultimato il progetto del dimostrativo nominato la “Fattoria dell’energia”, che ha come obiettivo la dimostrazione di tecnologie consolidate e innovative per la conversione di biomasse di diversa natura in energia elettrica e termica e per la produzione di biocarburanti;
• eolico: è in corso lo sviluppo di sistemi di previsione a breve termine della produzione dei parchi eolici di Enel, con l’obiettivo di conoscere in anticipo quando e quanta energia elettrica verrà prodotta, in modo da facilitare la gestione dei flussi di energia immessi nella rete elettrica. È inoltre partito nel 2009 un progetto di ricerca per la caratterizzazione di generatori eolici di piccola taglia dedicati alla produzione domestica distribuita: è in corso la selezione degli impianti da caratterizzare; l’avvio della stazione di prova è previsto entro la prima metà del 2010;
• accumulo energetico: Enel nel 2009 ha dedicato particolare attenzione a uno degli aspetti strategici per l’integrazione delle fonti rinnovabili nella rete elettrica, ovvero l’accumulo energetico. La test-facility sull’accumulo energetico di Enel a Livorno è dedicata proprio a questa tematica, che è particolarmente rilevante anche per le problematiche legate alla gestione della rete elettrica. Nel 2010 saranno avviate le attività di caratterizzazione di batterie (Vanadio, Ioni di Litio, ZEBRA) delle tecnologie più promettenti per l’accoppiamento dei sistemi di accumulo con gli impianti a fonti rinnovabili e con la rete elettrica;
• biodiesel: nell’ambito del progetto per l’ambientalizzazione dei sistemi di generazione per le piccole isole, sono stati installati due nuovi motori a biodiesel nella centrale dell’isola di Capraia, per una potenza superiore ad 1 MWe;
• il “Diamante”: il “Diamante” è una centrale energetica di nuova concezione basata sull’impiego di energia solare, ideata e progettata dalla Ricerca Enel e dall’Università di Pisa. I pannelli fotovoltaici, montati sulle facce di una struttura a forma di diamante, producono energia elettrica che, quando non viene usata, è conservata sotto forma di idrogeno per essere utilizzata quando il sole non c’è. Lo stoccaggio dell’idrogeno, realizzato con la tecnica avanzata delle polveri di idruri metallici, avviene in serbatoi alloggiati all’interno della struttura. Una prima installazione di questa innovativa centrale, funzionale, suggestiva e in grado di realizzare un’armonia compositiva globale tra architettura, tecnologia e natura, è stata inaugurata nel corso del 2009 all’interno della Villa medicea di Pratolino a Firenze, dove fornisce energia elettrica giorno e notte al sistema di illuminazione di una parte del parco e ad alcune biciclette elettriche messe a disposizione dei visitatori;
• efficienza energetica unita alla generazione distribuita: con il diffondersi della generazione da fonti rinnovabile con impianti anche di piccola o piccolissima taglia, la rete elettrica attuale, pensata per distribuire energia in modo unidirezionale, dovrà trasformarsi in una rete intelligente (Smart Grid) in grado di gestire una forte presenza di generazione distribuita, in particolar modo da fonti rinnovabili, e di sfruttare al meglio i sistemi di accumulo, di interfacciarsi con sistemi avanzati di gestione dell’utenza finale e con sistemi di ricarica di veicoli elettrici e di migliorare l’efficienza globale della rete stessa.

(1)  Si intende Carbon Negative un impianto il cui bilancio della CO₂ emessa nell’intero ciclo è negativo.

Generazione distribuita

è proseguita l’attività di sviluppo delle reti attive (smart grids) nell’ambito del progetto europeo ADDRESS, di cui Enel Distribuzione è capofila e coordinatore, che prevede la definizione di una nuova infrastruttura con l’inclusione di nuovi sistemi di rete, di sistemi di generazione, di compensazione e di carichi; nell’ambito di questo progetto saranno simulati scenari particolarmente critici e realizzati pilot test in diverse nazioni europee. In tale contesto si sono inseriti anche il progetto Casa Enel, per lo sviluppo di servizi a valore aggiunto all’utente finale per la gestione efficiente delle utenze energetiche domestiche, e il progetto Navicelli, che ha come obiettivo lo sviluppo e la sperimentazione di nuovi sistemi di gestione delle reti termiche ed elettriche di un distretto energetico di tipo terziario-industriale in grado di interagire con la rete elettrica di distribuzione, in modo da ottimizzare la rete locale e la fornitura di servizi alla rete.

Leaf community

Enel partecipa alla “Leaf community”, un progetto di sperimentazione relativo alla eco-sostenibilità quotidiana. La “Casa Zero CO₂”, realizzata dalla società Loccioni a Angeli di Rosora (Ancona), è il centro della sperimentazione: sei appartamenti, realizzati con tecniche di bio-edilizia avanzata, alimentati da energia prodotta da fonti rinnovabili (tetto fotovoltaico, pannelli solari termici, pompa di calore geotermica) e che adotta i migliori sistemi di riduzione dei consumi (per esempio la raccolta e riutilizzo dell’acqua piovana); Enel ha fornito un sistema di accumulo a idrogeno grazie al quale l’energia prodotta dai pannelli fotovoltaici è resa disponibili anche nei momenti di minore insolazione e ha inoltre installato nella casa un contatore elettronico con display per il monitoraggio dei consumi; il contatore sarà presto integrato con i sistemi di domotica della casa.

Auto elettrica

il progetto prevede lo sviluppo di un modello integrato di mobilità che dia forte impulso alla diffusione dei veicoli elettrici sia in ambito privato che nel settore business e che permetterà di aumentare l’efficienza degli usi finali dell’energia. Nel 2009 Enel ha firmato un primo accordo con Daimler-Mercedes per la realizzazione, a partire dal 2010, di un progetto pilota in cui Smart fornirà 100 auto elettriche, mentre Enel svilupperà l’infrastruttura di ricarica, con almeno 400 punti dedicati situati nei box e parcheggi dei clienti e in punti strategici delle tre città campione, Roma, Pisa e Milano. Il progetto riunisce la competenza specifica e la notevole esperienza di due grandi realtà aziendali, con lo scopo di dare un contributo alla mobilità sostenibile nei contesti urbani. Un altro importante accordo è stato firmato con Piaggio per sostenere lo sviluppo dei veicoli elettrici commerciali e degli scooter ibridi. L’obiettivo del progetto, oltre a dare forte impulso alla mobilità elettrica, è quello di offrire servizi innovativi per soddisfare le esigenze dei clienti delle flotte di mezzi elettrici.

Porti verdi

il progetto consiste nella definizione di un’offerta integrata di servizi ai grandi porti italiani, interessati allo sviluppo di attività di elevato valore ambientale, al fine di ridurre le emissioni inquinanti e climateranti causate dal traffico marittimo nelle aree portuali. In particolare nell’ambito di un accordo con l’Autorità portuale di Civitavecchia (con la quale Enel ha siglato uno specifico accordo) è stato realizzato dall’Area Tecnica Sviluppo e Realizzazione Impianti il progetto di elettrificazione di una banchina del Porto di Civitavecchia (“cold ironing”), per l’alimentazione elettrica delle navi da crociera in ambito portuale. Allo sviluppo di tale tecnologia altamente innovativa, che presenta per il Gruppo Enel un interessante potenziale di sviluppo in termini di consumi elettrici aggiuntivi e che garantirebbe un impatto molto positivo, anche in termini di riduzione delle emissioni di gas serra e di gas inquinanti, potranno essere aggiunte offerte da parte delle specifiche Divisioni aziendali di altri prodotti e servizi, tra cui: mobilità elettrica per il trasporto di persone e merci, illuminazione artistica a elevata efficienza, impianti di produzione da fonti rinnovabili, offerte di energia abbinate all’efficientamento energetico degli edifici portuali.