Capitolo 2. Up-grading del biogas
2.5. Progetti UPGAS LOW-CO2 e TECGAS
TECGAS, TECnologie innovative per l’up-grading del bioGAS, un progetto frutto della collaborazione di vari enti, come ICAD (International Consortium for Advanced Design) dell’Università degli Studi di Firenze e Scarlino Energia S.r.l., il cui capofila proponente è il Centro Servizi Ambiente Impianti S.p.A. La proposta, nasce da anni di lavoro di collaborazione fra i suddetti enti e altri che hanno preso parte ai precedenti studi, e si pone come obiettivo principale quello di promuovere nuove tecnologie per la rimozione della CO2 dal biogas prodotto in discarica, non solo al fine della produzione di energia elettrica, ma anche per una sua possibile e futura distribuzione nella rete di gas naturale, garantendo al biometano prodotto gli standard di qualità più restrittivi dei Paesi Europei. L’obiettivo del consorzio proponente è, inoltre, quello di sviluppare una tecnologia che possa essere proficuamente applicata su scala industriale presso gli impianti di propria competenza e/o proposta in impianti terzi, fornendo il know-how necessario.
Il lavoro è nato come conseguenza diretta dei risultati ottenuti da progetti precedenti. Primo fra tutti il LIFE05 ENV/IT/000874 - GHERL (Greenhouse Effect Reduction from Landfills).
Nel progetto GHERL, finanziato dall’Unione Europea e che si è svolto negli anni 2006- 2007, era stato proposto e studiato un processo di up-grading del biogas attraverso la rimozione dell’anidride carbonica basato sull’assorbimento chimico con soluzioni acquose di idrossido di potassio (KOH). Il processo è risultato fattibile da un punto di vista tecnico (alta efficienza di rimozione della anidride carbonica >95%, elevata purezza del metano >96% in vol.), ma non sostenibile dal un punto di vista economico a causa degli elevati costi operativi, derivanti dal costo del reagente.
Da questo risultato preliminare è emersa l’esigenza di proporre un processo in grado di abbattere tali costi. Tale obiettivo può essere perseguito utilizzando processi di assorbimento rigenerati (in cui il solvente viene rigenerato e riutilizzato, riducendo significativamente i consumi di reagente fresco) ed anche prevedendo di utilizzare materiali di scarto/rifiuti, ottenibili a costo zero (o comunque molto basso).
Nel 2010 sono quindi iniziate le attività del nuovo progetto Life “UPGASLOWCO2” (Up–grading del biogas e riduzione delle emissioni di CO2) che ha avuto l’obiettivo di dimostrare la fattibilità tecnica degli studi avviati dal precedente progetto, attraverso la realizzazione di due reattori pilota.
Il primo processo si basa sull’assorbimento chimico della CO2 con soluzioni acquose di composti alcalini (idrossido di potassio, idrossido di sodio, carbonato di sodio). Dalla reazione si ottiene ione carbonato, il quale è possibile rigenerare grazie all’aggiunta di calcio o di magnesio (Ca/Mg(OH)2). Tale processo però, non avrebbe alcun vantaggio utilizzando Ca/Mg(OH)2 di origine industriale, né dal punto di vista ambientale né da quello economico. Proprio per questo motivo, nel progetto UPGAS-LOWCO2, si propone di utilizzare residui solidi che contengono calcio per la rigenerazione della soluzione, in particolare APC residues.
Il secondo processo proposto nel progetto UPGAS-LOWCO2, in alternativa al precedente, si basa ancora sulla cattura della CO2 ma, in questo caso, attraverso la carbonatazione delle bottom ash attraverso un processo di adsorbimento che prevede il contatto diretto fra biogas e bottom ash.
Nel progetto UPGAS-LOWCO2 i due processi descritti vengono studiati separatamente ed in parallelo ed alla fine confrontati.
Dallo studio, è apparso evidente che uno dei problemi principali è la disponibilità dei residui per la carbonatazione, soprattutto nel caso delle bottom ash, le quali hanno una
capacità di cattura della CO2 per unità di massa abbastanza bassa. Altro fattore critico evidenziato, è il costo comunque elevato del processo di assorbimento con rigenerazione.
Per ovviare a tali problemi è nata l’idea di sviluppo del progetto TECGAS, il quale vede i due processi in serie: il primo step costituito dall’adsorbimento della CO2 tramite bottom ash con l’obiettivo di raggiungere un contenuto di anidride carbonica dell’ordine del 10-20%; il secondo step, è invece caratterizzato dal processo di assorbimento con soluzione di idrossidi e sua successiva rigenerazione con APC, in modo da ottenere gli standard di biometano richiesti.
Mentre la CSAI S.p.A ha messo a disposizione l’impianto di estrazione di biogas nella discarica di Casa Rota (Terranuova Bracciolini, AR) e gli spazi per la realizzazione dell’impianto pilota, l’università di Firenze ha portato avanti le prove sperimentali in laboratorio e nell’impianto pilota. Infine, la collaborazione con il laboratorio di Scarlino Energia, ha garantito la possibilità di analizzare i residui solidi e liquidi, nonché rappresentare un potenziale produttore di residui solidi da utilizzare nei processi proposti.
Le fasi del progetto, che si sono svolte a partire da Luglio 2011 fino all’estate 2013, si sono articolate nei seguenti punti:
A1. Analisi preliminare, durante la quale sono stati effettuati: un’analisi dei residui solidi utilizzabili e dei test su scala di laboratorio sia per il processo di assorbimento che per quello di adsorbimento.
A2. Dimensionamento, progettazione e realizzazione dell’impianto pilota nella discarica di Casa Rota. Il sistema di rimozione nel suo complesso è stato realizzato in modo da poter operare separatamente i due stadi preesistenti, per consentire l’effettuazione di prove separate su due processi proposti in modo da mettere a punto ciascun processo singolarmente. Il sistema è però anche utilizzabile in maniera complessiva, alimentando il biogas al primo stadio ed, in uscita da questo, direttamente al secondo stadio di raffinazione.
A3. Realizzazione di prove di funzionamento dell’impianto pilota, prima effettuando i due processi separatamente per analizzarne le caratteristiche e definire i parametri ottimali, in seguito, effettuando le prove di funzionamento del sistema
a doppio stadio nel suo insieme in maniera continua al fine di verificare la fattibilità complessiva del processo.
A4. In parallelo, è stata portata avanti, durante le varie fasi, una valutazione e analisi di fattibilità tecnica ed economica su scala industriale.