Ottimizzazione dei parametri operativi

In questa fase dell’attività sperimentale sono state effettuate diverse prove sia su matrici a composizione nota, quale il PE e la segatura di legno, sia su matrici eterogenee, quali i rifiuti, con lo scopo di perseguire i seguenti obiettivi:

 dimostrare che il sistema di piro-gassificazione progettato fosse in grado di produrre una miscela di syngas (H2, CO)

 ottimizzare i parametri operativi (temperatura, quantità di campione da introdurre)

 verificare la riproducibilità e quindi l’affidabilità del sistema di piro-gassificazione Per il raggiungimento del primo obiettivo è stata usata come tipologia di campione la segatura. Le prove sono state eseguite usando una quantità di campione di circa 0,2 g a diverse temperature (870°C, 850°C, 815°C).

Siccome in questa prima fase l’interesse era rivolto solo alla “qualità” del gas prodotto e non alla quantità, il campionamento è stato effettuato per mezzo di una siringa.

In Tabella 23 si riportano i dati ottenuti dalle prove e il relativo grafico raffigurante l’andamento della quantità dei gas energetici prodotti al variare della temperatura (Figura 45).

Tabella 23. Composizione % v/v del syngas prodotto dalla piro-gassificazione di segatura di legno a diverse temperature. SEG_1 0,1992 815 SEG_2 0,2111 850 SEG_3 0,1923 870 5,85 1,97 10,3 11,0 Composizione %v/v (NORMALIZZATA) CO 0,91 3,77 Campione Massa (g) Temp (°C)

Figura 45. Andamento della composizione del syngas prodotto in funzione della temperatura.

Da quanto emerge da questa prima fase preliminare, si può affermare che, anche utilizzando minime quantità di campione, il sistema progettato è in grado di portare allo sviluppo di syngas in quantità analiticamente misurabili. Inoltre si può osservare, come era lecito aspettarsi, un aumento della produzione di syngas all’aumentare della temperatura. Il fatto che, utilizzando piccole quantità di campione, si riesca a produrre una quantità misurabile di syngas anche a temperature più basse, è stato di aiuto per l’impostazione delle successive prove di piro-gassificazione. Infatti, non è stato possibile operare ad alte temperature (circa 850-870°C) a causa di limiti di prestazione della muffola: per tali problematiche è stato quindi deciso di effettuare tutte le successive prove di piro- gassificazione delle frazioni merceologiche e delle miscele delle stesse alla temperatura di 815°C.

Una volta che è stata fissata la temperatura, l’altro parametro da determinare per la messa a punto di una metodica sperimentale è stata la quantità di campione da usare nei test di piro-gassificazione. Sulla base dei risultati ottenuti sulla matrice segatura, è sembrato logico cominciare questa attività di ricerca partendo da quantità di campioni confrontabili a quelle utilizzate nelle precedenti prove descritte.

In questo caso sono stati impiegati come campioni le singole frazioni merceologiche e, per ciascuna di esse, sono state effettuate prove in doppio con lo scopo di verificare se la quantità di syngas formato potesse essere misurabile analiticamente.

Dalle prove è emerso che, in base alla quantità di campione utilizzata, in nessun caso si ha la possibilità di analizzare il syngas contrariamente a quanto osservato in precedenza con la segatura.

Questo risultato è attribuibile a due fattori:

1. la quantità di campione utilizzata, alla luce dei dati ottenuti, risulta insufficiente alla produzione di una miscela “analizzabile” di syngas da frazioni di rifiuti;

2. la natura eterogenea delle frazioni merceologiche impiegate, seppur separate con accuratezza durante l’analisi merceologica, possono contenere impurezze che portano ad un peggioramento della qualità della frazione merceologica stessa (relativamente alle caratteristiche di combustibile). Un esempio è dato dal confronto della segatura con la frazione merceologica “legno”: quest’ultimo dovrebbe mostrare un comportamento simile all’altro materiale in sede di piro- gassificazione, cosa che, invece, non è stata osservata.

E’ quindi chiaro che, per osservare e misurare il syngas prodotto da parte di queste matrici sia necessario aumentare la quantità di campione da analizzare; è stato quindi deciso di effettuare prove impiegando una quantità di campione di circa 0,5 g.

Nelle prove preliminari condotte, il campione è stato sempre introdotto sotto forma di “coriandoli” (fluff). Aumentando la quantità di campione, l’introduzione di quest’ultimo sotto forma di coriandoli si è resa più complicata a causa del limitato volume del vano di alloggiamento del campione nella sonda. Per facilitare questo passaggio, è stato deciso di introdurre il campione sotto forma di “pasticca”, realizzata mediante pressatura.

Per la matrice “sottovaglio”, vista la maggior complessità ed eterogeneità da un punto di vista chimico-fisico rispetto altre frazioni, è stata fatta una prova in doppio; di seguito si riportano i risultati ottenuti (Tabella 24).

Come si può facilmente notare dai dati in tabella, per le frazioni “plastica”, “carta” e “legno”, l’aumento della quantità di campione porta alla produzione di una miscela di syngas che è analiticamente misurabile; ciò invece non è riscontrabile dalla piro- gassificazione della frazione “tessuti”, relativamente alla produzione di H2.

Tabella 24. Composizione % v/v del syngas prodotto dalla piro-gassificazione delle diverse frazioni merceologiche a 815°C utilizzando 0,5g di campione.

Un discorso a parte vale per il “sottovaglio” in quanto le prove hanno dato risultati contrastanti: infatti per il campione SV_1, al contrario di quanto avviene per il campione SV_2, non si osserva produzione di H2. Questo risultato è dovuto alla natura molto eterogenea del sottovaglio: è possibile infatti che nel campione SV_1, a differenza di SV_2, fosse presente una maggior quantità di materiale inerte andando quindi a peggiorare le qualità di materiale presente, da un punto di vista delle caratteristiche combustibili.

A seguito di quanto evidenziato è stato quindi deciso di aumentare ulteriormente la quantità di campione fino a 0,75 g in modo da poter osservare una produzione di syngas per tutte le tipologie di matrici. Si riportano i risultati ottenuti nella tabella sottostante (Tabella- 25).

Tabella 25: Composizione % v/v del syngas prodotto dalla piro-gassificazione delle diverse frazioni merceologiche a 815°C utilizzando circa 0,75g di campione.

In questo caso anche per la matrice “tessuto” si riesce ad ottenere una concentrazione di H2

analiticamente quantificabile. Solo il “sottovaglio” mostra un comportamento discontinuo a

PLA 0,5120 815 CAR 0,5014 815 LEG 0,5048 815 TES 0,5038 815 SV_1 0,5190 815 SV_2 0,5049 815 - 3,39 6,13 3,60 2,08 5,25 - 1,12 2,59 0,97 3,98 5,82

Campione Massa (g) Temp (°C) Composizione %v/v (NORMALIZZATA)

H2 CO PLA 0,7593 815 CAR 0,7371 815 LEG 0,7507 815 TES 0,7357 815 SV_1 0,7520 815 SV_2 0,7514 815 1,22 1,85

Campione Massa (g) Temp (°C) Composizione %v/v (NORMALIZZATA)

H2 CO 8,90 4,41 5,60 4,37 2,41 5,55 2,87 5,22 - 2,66

seguito dei motivi prima giustificati (confermando comunque i risultati già ottenuti e mostrati con le precedenti prove).

A fronte degli ultimi risultati ottenuti e considerando il fatto che la matrice “sottovaglio”, a causa della sua grande eterogeneità, possa mostrare un andamento simile a quello già riscontrato, la quantità utilizzata nelle ultime prove è stata ritenuta adeguata per l’ottenimento di dati attendibili da parte di un processo semplificativo rispetto alle reali condizioni di piro-gassificazione.