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Laboratorio progettazione componenti e impianti (Centro Ricerche Casaccia). Il Laboratorio può fornire un importante supporto, sia in sede di progettazione che di qualificazione, ai soggetti industriali interessati alla produzione e all’utilizzazione di componenti innovativi per impianti solari termodinamici (tubi ricevitori, collegamenti flessibili, giunti, sistemi ausiliari di riscaldamento elettrico ecc.) o altre tecnologie simili.

   Impianto PCS - Prova Componenti e Sistemi (Centro Ricerche Casaccia). L’impianto consente di effettuare test in condizioni reali di funzionamento e prove di qualificazione su componenti e sistemi di impianti solari termodinamici basati sulla tecnologia dei collettori parabolici lineari con circuito a sali fusi. Può essere utilizzato da aziende italiane o estere per programmi di ricerca da svolgere in collaborazione con l’ENEA, oltre che per servizi di qualificazione, dimostrazione e formazione.

   Laboratorio pubblico-privato ELIOSLAB (Centro Ricerche Portici). Il Laboratorio ha l’obiettivo di sviluppare componenti, tecnologie e sistemi per la captazione dell’energia solare e per il suo utilizzo con elevati fattori di concentrazione, sotto forma di calore ad alta temperatura (> 800 °C). Del Laboratorio fanno parte l’ENEA, l’Università Federico II di Napoli, la II Università di Napoli, la Angelantoni Industrie, e il CRIS (Consorzio Ricerche Innovative per il Sud, Ansaldo).

Solare fotovoltaico

   Unità standard PhoCUS-5 - Photovoltaic Concentrators to Utility Scale (Centro Ricerche Portici). L’Unità, da 5 kWp, è formata da un inseguitore a 2 assi (precisione ± 0,2°) con piano da 35 m2 attrezzato con 51 moduli a concentrazione, e rappresenta una delle realizzazioni di rilievo in Italia nel settore del fotovoltaico a concentrazione.

   Uno dei Laboratori celle solari in silicio cristallino. Nei Laboratori (situati presso i Centri di Ricerca ENEA di Portici e Casaccia) vengono sviluppati sia processi innovativi per la produzione di celle convenzionali, al fine di contribuire allo sviluppo delle industrie italiane di settore, sia processi di produzione di celle per moduli a concentrazione. Nella foto: particolare di forno a tubi per lo sviluppo di processi di drogaggio per diffusione ad alta temperatura (Centro Ricerche Casaccia).

    Laboratorio di qualificazione di moduli fotovoltaici (Centro Ricerche Portici). Il Laboratorio offre la possibilità di determinare i principali parametri legati alle prestazioni, all’affidabilità e alla durabilità dei moduli fotovoltaici, sia piani che a concentrazione, commerciali o prototipali. Il Laboratorio è attrezzato per svolgere le prove di qualificazione dei moduli secondo la normativa vigente

   Laboratorio fermentazioni IDROBIO (Centro Ricerche Casaccia). Nel Laboratorio vendono svolte attività di ricerca per lo sviluppo di nuovi processi fermentativi a scopo energetico a partire da biomasse di II generazione e scarti organici di varia provenienza

   Impianto pilota di Steam Explosion (Centro Ricerche Trisaia). Sull’impianto, in grado di trattare 300 kg/h di biomassa, vengono condotti progetti di ricerca e dimostrazione sui biocombustibili liquidi da fermentazione (etanolo), a fini energetici e non

   Laboratorio qualificazione componenti solari (Centro Ricerche Trisaia). Il Laboratorio svolge attività di ricerca e sviluppo nel settore delle tecnologie del solare termico a bassa e media temperatura, offrendo anche un servizio di qualificazione di componenti e sistemi in grado di determinare le prestazioni termiche, l’affidabilità e la durabilità di collettori commerciali o prototipali sia piani che a concentrazione.

   Impianto pilota per la produzione di idrogeno dall’acqua con il processo termochimico zolfo-iodio

   Sperimentazione di celle a combustibile a carbonati fusi

    Laboratorio ULH (Ultra Low Humidity). Nel laboratorio è possibile mantenere il livello di umidità al di sotto di 20 ppm al fine di lavorare materiali altamente igroscopici per assemblare e fabbricare batterie al litio. Nel laboratorio vengono svolte diverse attività di ricerca, come per esempio il ciclaggio delle batterie e la caratterizzazione termochimica completa delle sue componenti attraverso misure di conduttività, impedenza, tensioni di picco, tensioni cicliche, compatibilità con gli elettrodi, resistività, densità e titolazione del contenuto d’acqua

    Campioni di batterie al litio del tipo a polimeri di litio e a ioni di litio, fabbricati dall’ENEA. La differenza tra i due tipi è che il primo è completamente allo stato solido mentre il secondo utilizza elettrolita liquido

ATTIVITÀ DI RICERCA

Fonti rinnovabili

Nel settore delle fonti rinnovabili l’ENEA svolge attività di ricerca, innovazione e trasferimento tecnologico e fornisce servizi avanzati, nell’intento di contribuire a ridurre le emissioni e la dipendenza energetica nazionale dalle fonti fossili e di accrescere la competitività economica del Paese.

Le attività coinvolgono Unità diverse, che operano, con ruoli complementari, in diversi Centri di Ricerca ENEA: l’Unità Tecnica Fonti Rinnovabili (UTRINN) (Casaccia), l’Unità Tecnica Tecnologie Portici (UTTP) e l’Unità Tecnica Tecnologie Trisaia (UTTT).

Solare termodinamico

Nell’ambito della tipologia dei collettori parabolici lineari, l’ENEA ha sviluppato una filiera tecnologica innovativa basata sull’uso di una miscela di sali fusi con funzione sia di trasporto del calore, sia di accumulo termico. Questa soluzione tecnologica consente di incrementare la temperatura di funzionamento rispetto all’utilizzo di olio termico e comporta significativi vantaggi sulla funzionalità, economia, sicurezza e compatibilità ambientale dell’impianto. Altri importanti vantaggi derivano dalla possibilità di integrare questo tipo di impianto solare con centrali termoelettriche convenzionali e di accumulare in modo efficiente l’energia termica, aumentando la “dispacciabilità” dell’energia elettrica prodotta a fronte dell’aleatorietà della fonte solare.

Il primo impianto industriale basato sulla tecnologia solare ENEA è stato realizzato dall’ENEL presso la centrale di Priolo Gargallo (SR) - Progetto Archimede – attualmente in fase di dimostrazione.

Sulla base dell’esperienza e delle competenze maturate in questo progetto, l’ENEA rappresenta attualmente il punto di riferimento tecnologico nazionale per la tecnologia solare termodinamica, detiene numerosi brevetti e competenze esclusive ed è impegnata, in collaborazione con diverse aziende industriali, in varie iniziative nazionali e internazionali per il miglioramento e la diffusione di questa tecnologia. Le attività svolte dall’ENEA in questo settore riguardano:

  1. progettazione, realizzazione e dimostrazione di impianti solari per la produzione di energia elettrica, per cogenerazione o per dissalazione dell’acqua, anche integrati con altre fonti rinnovabili o fossili;
  2. progettazione, realizzazione prototipale, sperimentazione, ingegnerizzazione e qualificazione di componenti innovativi per impianti solari, in particolare tubi ricevitori, collettori solari (struttura di supporto, pannelli riflettenti e sistema di puntamento) e componenti del circuito a sali fusi (giunti flessibili, riscaldatori ausiliari, strumentazione speciale);
  3. sviluppo di nuove applicazioni della tecnologia solare termodinamica, tra cui la produzione di idrogeno attraverso processi termochimici e l’utilizzazione industriale dell’energia termica ad alta temperatura da fonte solare.

Per lo svolgimento di queste attività l’ENEA si avvale di circa 70 ricercatori e tecnici, di infrastrutture sperimentali specifiche (impianti e laboratori) presso i propri centri della Casaccia e di Portici, di una rete di collaborazioni industriali di oltre 30 aziende italiane e di accordi con diversi Paesi interessati alla realizzazione di impianti, tra cui Egitto, Libia e Cina.

Solare fotovoltaico

Le attività condotte dall’ENEA nel settore del fotovoltaico hanno l’obiettivo generale di contribuire alla competitività di questa tecnologia e delle imprese nazionali di settore, puntando all’innovazione di processi e prodotti perseguibili nei campi delle tecnologie di fabbricazione, delle tecnologie dei sistemi e dei servizi avanzati alle imprese.

Le attività sono condotte presso i Centri di Ricerca ENEA di Portici e Casaccia e presso il Laboratori di Ricerca di Manfredonia. Presso il Centro Casaccia sono allocate le attività sulle tecnologie del silicio cristallino, mentre il Centro di Portici è focalizzato sulla ricerca e sviluppo nel settore dei moduli a film sottile, delle celle solari basate su polimeri semiconduttori e dei sistemi fotovoltaici (piani ed a concentrazione). Manfredonia è il test site storico per i grandi impianti fotovoltaici e contribuisce alle attività di ricerca e sviluppo su tutta la componentistica dei sistemi.

Le principali linee di attività sono:

  • progettazione e realizzazione di dispositivi fotovoltaici (silicio cristallino, film sottile di silicio, polimeri) con caratterizzazioni morfologiche, strutturali, composizionali, ed elettriche dei materiali di base e modelling ottico ed elettronico dei dispositivi;
  • progettazione e caratterizzazione di componenti e impianti fotovoltaici connessi alla rete o stand-alone, comprensiva degli approcci innovativi per l’integrazione architettonica del fotovoltaico negli edifici e per l’arredo urbano; impianti a concentrazione con progettazione dei moduli, degli eliostati e di tutta la componentistica per l’inseguimento solare;
  • studio delle soluzioni impiantistiche per l’elettrificazione di comunità isolate o servite da una rete debole, con gli approfondimenti dei problemi tecnici connessi alla generazione distribuita e ai sistemi intelligenti per la gestione delle reti (smart grid). Telemonitoraggio per la trasmissione dati di impianti fotovoltaici.
  • qualificazione dei moduli fotovoltaici secondo le norme CEI EN 61215 e CEI EN 61646 a servizio di vari soggetti: aziende produttrici, installatori, distributori e/o rivenditori.
Biomasse e biocombustibili

Le biomasse sono una fonte energetica programmabile, con previsioni di sviluppo importanti in termini assoluti e relativi, e il loro utilizzo a fini energetici è nel nostro Paese una realtà diffusa e consolidata.

Le attività dell’ENEA nel settore rispondono all’esigenza di supportare l’industria nazionale nel fornire risposte adeguate alla necessità di innovazione tecnologica e di sistema nel campo della produzione di elettricità e calore in impianti di piccola taglia (filiere agroenergetiche locali) e, in prospettiva, dei biocarburanti di seconda generazione.

Relativamente alla prima tematica, le iniziative attualmente in corso presso il Centro Ricerche Casaccia e il Centro Ricerche Trisaia riguardano l’uso ottimale delle risorse di biomassa a livello territoriale e lo sviluppo, dimostrazione e qualificazione di processi, tecnologie e componenti innovativi per la produzione combinata di elettricità, calore e/o biocombustibili a livello locale.

Nello specifico, le iniziative in corso hanno per oggetto:

  • la produzione di biogas, da destinare alla generazione elettrica o alla immissione in rete come biocombustibile gassoso (biometano), da codigestione di FORSU, rifiuti agricoli e/o e colture energetiche ricche di zuccheri;
  • la valorizzazione energetica del digestato, in alternativa alla più tradizionale utilizzazione come ammendante in agricoltura, mediante essiccazione e pirogassificazione, anche previa miscelazione con biomasse lignocellulosiche;
  • lo sviluppo e la dimostrazione di nuove tecnologie per l’utilizzazione finale del biogas prodotto, come la produzione di elettricità mediante abbinamento con celle a combustibile, con un significativo miglioramento delle rese finali di conversione energetica e del bilancio dei gas serra.

Le attività di ricerca e sviluppo tecnologico sulla produzione di biocarburanti di seconda generazione riguardano sia i possibili processi di conversione termochimici e biochimici di materiali lignocellulosici quali, rispettivamente, la gassificazione in idrogeno e ossido di carbonio e la fermentazione dei carboidrati a etanolo, sia la produzione di idrogeno per via fermentativa da biomasse umide e di biocombustibili e biocarburanti da colture di microalghe.

Le attività relative allo sviluppo e alla dimostrazione dei processi di conversione delle biomasse lignocellulosiche in vettori gassosi o liquidi sono svolte presso il Centro Ricerche della Trisaia (MT), dove sono stati costruiti diversi impianti pilota che vengono utilizzati nell’ambito di progetti di ricerca o di supporto all’industria del settore. Nel dettaglio, vengono svolte attività di ricerca sui seguenti argomenti:

  • sperimentazione di filiere innovative per la produzione di etanolo da biomasse agroforestali e colture da biomassa legnose ed erbacee poliennali;
  • pretrattamento delle biomasse mediante vapore d’acqua saturo a moderata temperatura (ca 200 °C) per separare le sue componenti principali (cellulosa, emicellulosa, lignina) come primo stadio per la valorizzazione ottimale in prodotti energetici o chimici per l’industria alimentare e dei materiali;
  • sviluppo di processi di seconda generazione per la produzione di etanolo da utilizzare nei trasporti, basati su pretrattamenti ad alta efficienza e compatibilità ambientale, idrolisi enzimatica, fermentazione, separazione dell’alcol;
  • gassificazione della biomassa mediante diverse tipologie di reattori e agenti gasificanti, con sperimentazione di impianti pilota basati su gassificatori a letto fisso, bollente, ricircolante fino a 1 MW di potenza termica;
  • studi e analisi di fattibilità tecnica per la sintesi di idrocarburi liquidi analoghi al gasolio mediante conversione catalitica del syngas ottenuto nelle diverse configurazioni impiantistiche disponibili.

Le attività di ricerca e sviluppo tecnologico relative alla produzione di energia e biocombustibili da colture di microalghe e altri microrganismi fotosintetici sono condotte presso il Laboratorio tecnologie delle microalghe del Centro Ricerche Casaccia e comprendono attività di studio, progettazione, realizzazione e gestione sperimentale di sistemi e impianti pilota, nella prospettiva della realizzazione di colture massive su larga scala, con particolare attenzione alla valorizzazione energetica e non, di tutti i possibili prodotti e sottoprodotti.

Solare termico a bassa e media temperatura

Presso il Centro Ricerche Trisaia è attiva una stazione per la qualificazione di collettori e sistemi solari che svolge attività di ricerca sulle applicazioni del solare termico a bassa e media temperatura, in particolare sullo sviluppo di prototipi piani o a concentrazione (sistemi CPC, sistemi parabolici lineari e puntuali, sistemi a lenti di Fresnel) destinati alla produzione di calore sia per alimentare processi termici per applicazioni civili ed industriali, sia da utilizzare nella realizzazione di sistemi innovativi di climatizzazione elio assistita mediante l’accoppiamento a macchine termiche a ciclo chiuso (chiller ad assorbimento) o a ciclo aperto (sistemi DEC utilizzanti essiccanti solidi o liquidi).

Le attività riguardano, in particolare:

  • l’analisi e l’ottimizzazione energetica dei sistemi solari a bassa e media temperatura;
  • lo sviluppo di modelli termo-fluidodinamici ed ottici per l’analisi e l’ottimizzazione energetica di collettori solari destinati ad applicazioni a media temperatura; la valutazione ed ottimizzazione componenti solari tecnico-economica di impianti di solarcooling;
  • la caratterizzare energetica di collettori a concentrazione per applicazioni a media temperatura attraverso l’utilizzo di facility sperimentali in grado di analizzare dal punto di vista termico tali componenti con temperatura di lavoro sino a 300 °C.

Il laboratorio è accreditato per eseguire le prove previste dalla normativa europea ed internazionale di settore, sia per quanto attiene i test su collettori solari (EN 12975-2 ed ISO 9806) sia per quanto riguarda i sistemi solari per la produzione di acqua calda sanitaria (EN 12976-2 ed ISO 9459-2).

Idrogeno, celle a combustibile e sistemi di accumulo dell’energia

Le attività condotte dall’ENEA in questo campo si pongono l’obiettivo generale di contribuire allo sviluppo di vettori energetici e sistemi elettrochimici per la conversione e l’accumulo dell’energia in grado di ridurre i consumi e le emissioni nei settori della generazione distribuita e dei trasporti, favorendo l’impiego negli stessi delle fonti rinnovabili.

Le principali linee di ricerca e sviluppo riguardano:

Idrogeno

  • lo sviluppo di processi per la produzione di idrogeno, sia da fonti rinnovabili (cicli termochimici alimentati da energia solare, gassificazione delle biomasse, processi biologici), che da combustibili fossili (metano, GPL, per applicazioni di piccola taglia e con sistemi alimentati da energia solare);
  • studi di materiali e processi per l’accumulo dell’idrogeno.

Celle a combustibile

  • lo sviluppo di materiali e componenti per diverse tipologie di cella (ad elettrolita polimerico, a carbonati fusi, ad ossidi solidi);
  • lo sviluppo e sperimentazione di sistemi di generazione/cogenerazione di piccola taglia, alimentati sia a gas naturale che con combustibili derivanti dalla gassificazione delle biomasse e da digestione anaerobica.

Accumulo elettrico

  • lo sviluppo di nuovi materiali e componenti per sistemi di accumulo elettrochimico, come batterie al litio e supercondensatori;
  • la caratterizzazione e sperimentazione di sistemi di accumulo per applicazioni mobili e stazionarie.

Per lo svolgimento di queste attività l’ENEA si avvale di circa 50 ricercatori e tecnici, di infrastrutture sperimentali specifiche (impianti e laboratori) presso i Centri Di Ricerca di Casaccia e Trisaia e di una rete di collaborazioni con strutture industriali e di ricerca sia nazionali che europee.

Infine, in settori più maturi, come quello dell’eolico, l’ENEA apporta contributi innovativi su alcune tematiche, come quella dei materiali, e partecipa a collaborazioni sia nazionali che internazionali che consentono di svolgere un ruolo di osservatorio tecnologico sullo sviluppo delle tecnologie e del mercato.

Materiale di approfondimento:

UNITÀ DI RIFERIMENTO

Unità Tecnica Fonti Rinnovabili
Responsabile: Dott. Francesco Di Mario
e-mail: francesco.dimario@enea.it

Unità TecnicaTecnologie Portici
Responsabile: Dott. Ezio Terzini
e-mail: ezio.terzini@enea.it

Unità Tecnica Tecnologie Trisaia
Responsabile: Ing. Giacobbe Braccio
e-mail: giacobbe.braccio@enea.it