Introduzione
1 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; questo fattore è legato all’immissione in atmosfera di anidride carbonica, 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 l'abbattimento degli inquinanti, qualora si usino tecnologie convenzionali che fanno uso di combustibili fossili, che rendono praticamente inevitabile l’emissione di CO2 in ogni processo che coinvolga la 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.
La separazione della CO2 da gas di combustione è una delle più grandi sfide tecnologiche del nostro tempo. Infatti, prima di tutto, i due maggior componenti del gas di combustione (N2 e CO2) hanno dimensioni molto simili; è difficoltoso separarli basandosi sui classici principi di separazione. In secondo luogo, il gas derivante dalla combustione di carbone è caldo ed è auspicabile separare la CO2 dal gas ad alta temperatura, senza raffreddarlo. Tuttavia, le esistenti tecniche di separazione, come l’absorbimento e la distillazione, non sono adatte ad operare ad alta temperatura.
L’adsorbimento, invece, è una tecnologia relativamente nuova con la capacità di separare la CO2 ad alta temperatura e di soddisfare le esigenze legate alle caratteristiche delle correnti uscenti ad esempio dai turbogas.
Un aspetto fondamentale da tenere in considerazione è la rigenerazione del composto impiegato per la cattura della CO2. Questa fase risulta essere necessaria sia per rendere economicamente sostenibile il processo, grazie al riutilizzo dei materiali e al conseguente abbattimento dei costi delle materie prime, sia per risolvere i problemi riguardo l’impatto ambientale, grazie alla riduzione drastica di produzione di residui da processo. Dalla decarbonatazione si ottiene la liberazione di CO2 allo stato gassoso praticamente pura e il ripristino delle superfici di assorbimento alle condizioni iniziali in modo da poter essere nuovamente utilizzate.
Introduzione
2 In questo lavoro di tesi, dopo un’attenta ricerca bibliografica, sono stati individuati dei materiali solidi e rigenerabili da utilizzare, appunto, 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 sperimentati sono stati lo zirconato di litio (Li2ZrO3) e l’ortosilicato di litio (Li4SiO4).
Su tutte le polveri ottenute sono state effettuate analisi x-ray diffraction (XRD) per studiare le fasi strutturali e valutare l’effettiva formazione del materiale desiderato, ed analisi al microscopio a scansione elettronica (SEM) per osservarne la morfologia.
Successivamente sono state svolte le analisi di adsorbimento e di desorbimento grazie all’utilizzo della bilancia termogravimetrica (TGA).
Nell’ultima fase del lavoro sono stati implementati due modelli matematici, uno per lo zirconato e l’altro per l’ortosilicato, che descrivono la cinetica delle due reazioni di adsorbimento in modo molto soddisfacente.
.
