Preparazione e caratterizzazione di sorbenti per la cattura della CO2

Testo completo

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(2) Introduzione . INTRODUZIONE . L’obiettivo e la struttura della tesi Durante i secoli XX e XXI, con l’avvento della rivoluzione industriale, l’uomo ha introdotto un rilevante elemento che va ad influire direttamente sull’effetto serra e ne aumenta l’azione: l’immissione in atmosfera di anidride carbonica (CO2), dovuta alla combustione degli idrocarburi; circa la metà della CO2 prodotta viene riassorbita in breve tempo dagli oceani e dai processi di fotosintesi dei vegetali, l’altra parte staziona in atmosfera per diversi decenni, cosicché la sua concentrazione subisce un progressivo incremento. Questa problematica obbliga la tecnologia ad indirizzarsi verso lʹabbattimento degli inquinanti, qualora si usino tecnologie convenzionali che fanno uso di combustibili fossili e che rendono praticamente inevitabile l’emissione di CO2 in ogni processo di combustione. Tuttavia, per unire la necessità di ridurre l’impatto ambientale mantenendo elevate le efficienze degli impianti, le maggiori industrie nel settore della Power Generation stanno focalizzando la ricerca verso sistemi di rimozione della CO2 prodotta. Tra le tecnologie attuali di rimozione da gas di scarico di vario tipo (nell’industria prevalentemente), molte di queste non sono adatte per poter agire, cioè per poter catturare tale gas, ad alta temperatura. La separazione dell’anidride carbonica ad alta temperatura è l’obiettivo principale di questo lavoro, risultando essere uno scopo da perseguire per rendere favorevole l’applicazione in molti contesti industriali, specie ai processi di combustione degli impianti di potenza. In particolare verrà effettuato lo studio di sorbenti solidi da impiegare ad alta temperatura, testando prima l’effettiva capacità di assorbimento della CO2 in condizioni di elevata concentrazione, passando poi a simulare delle condizioni più aderenti a certe realtà (effluenti di turbogas) caratterizzate da flussi a più bassa concentrazione di CO2. L’applicazione industriale cui si è fatto riferimento è . . I.

(3) Introduzione quella dello scarico di gas esausti da turbogas; la concentrazione dell’anidride carbonica da rimuovere dall’effluente, in tale applicazione, non supera mai il 5‐7% vol. con le percentuali restanti spartite tra azoto e ossigeno (residuo), nonché acqua e in minima parte inquinanti. Oltre all’aspetto “composizione dei fumi” risulta fondamentale (per aspetti cinetici e termodinamici) il fattore “temperatura dei fumi”, variabile in un ampio spettro e, sempre in riferimento al nostro ambito di studio, oscillante tra i 450°C e i 750°C circa. La motivazione fondamentale che spinge verso lo studio di questi sorbenti, impiegati ad alta temperatura, è essenzialmente un fattore economico dovuto alla possibilità di effettuare la rimozione dell’inquinante senza necessità di raffreddare i fumi (costi di scambio termico). Con un requisito ulteriore da richiedere ai sorbenti, cioè quello della rigenerabilità (effettuabile a temperature di poco superiori alla temperatura ottimale per l’assorbimento), si riescono potenzialmente ad ottenere flussi concentrati e caldi di CO2 che possono essere direttamente impiegati nei processi in cui tale gas costituisce un reagente chimico (ad es. produzione di metanolo), oppure inviati ad un sistema di sequestro, cioè di cattura permanente (“CO2 sequestration”). In questo lavoro di tesi, dopo un’approfondita ricerca bibliografica, sono stati individuati dei materiali solidi rigenerabili da utilizzare per la rimozione post‐combustione dell’anidride carbonica prodotta da impianti turbogas. L’attività sperimentale che ne è derivata, svolta in collaborazione con la GE OIL & GAS‐Nuovo Pignone S.p.a., è stata necessaria per individuare le caratteristiche del materiale, il suo comportamento in fase di adsorbimento e desorbimento, e per operare eventuali modifiche per migliorarne l’efficienza. I materiali testati sono stati lo zirconato di litio (Li2ZrO3) e l’ortosilicato di litio (Li4SiO4). La tesi è strutturata come segue: •. Nel primo capitolo viene citato il problema della CO2 come emissione dannosa per il potenziamento dell’”effetto serra”, accennando inoltre alle politiche internazionali attuali per cercare di limitare tale impatto (protocollo di Kyoto). . •. Nel secondo capitolo vengono citati gli attuali processi di cattura della CO2 e la tecnica della CO2 sequestration, attualmente studiata in parallelo come possibile destinazione della CO2. . •. Nel terzo capitolo si focalizza il problema della cattura della CO2 per mezzo di sorbenti solidi rigenerabili da utilizzare ad alta temperatura e, in particolare, si analizza il campo di applicazione degli stessi per le finalità richieste, ossia per lo studio della cattura della CO2 da scarichi di turbogas. Viene presentata inoltre una . . II.

(4) Introduzione breve rassegna sulle attuali applicazioni di tali sorbenti, anche se non esplicitamente utilizzati per la cattura da scarichi di turbogas (per es. impiego in purificazioni di correnti di idrogeno gassoso contenenti CO2). •. Nel quarto capitolo si passano in rassegna i materiali e i metodi del lavoro sperimentale; vengono presentati i sorbenti oggetto dello studio, i metodi di preparazione e di analisi nonché le descrizioni delle apparecchiature usate per lo studio sperimentale. . •. Nel quinto capitolo vengono invece presentati i risultati sperimentali con i commenti ed i confronti tra i sorbenti testati nelle varie condizioni di prova. . •. Nel sesto capitolo vengono enunciate le conclusioni e gli sviluppi futuri del lavoro della presente tesi. . . . III.

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