Bio.Ret.E. - Fondazione Politecnico di Milano

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Come già in precedenza accennato, tutte le tecnologie di raffinazione del biogas attualmente disponibili comportano inevitabili perdite atmosferiche di metano. Tale aspetto costituisce un importante parametro, oltre che per la valutazione dell’efficienza e delle prestazioni dei sistemi, anche per le potenziali ripercussioni sul bilancio ambientale complessivo dell’operazione di produzione del biometano, riconducibili alla riduzione nella compensazione delle emissioni di gas serra associate al risparmio nell’utilizzo di combustibili fossili. Recenti valutazioni al riguardo mostrano come perdite atmosferiche superiori al 2% possano già compromettere, oltre che la convenienza economica dell’operazione, anche quella più strettamente ambientale47 . Le perdite di metano nei sistemi di trattamento sono di due diverse tipologie: • fughe dirette in atmosfera da apparecchiature della linea, ad esempio da valvole, connessioni e compressori. La manutenzione dell’impianto e un adeguato controllo dello stesso hanno grande influenza su di esse; • perdite di metano direttamente attribuibili al processo e, quindi, strettamente correlate alla tipologia dello stesso ed alle corrispondenti possibilità che offre nell’adottare opportune misure di riduzione. Per i diversi sistemi adottabili, le cause e l’entità delle perdite sono così riassumibili: - negli impianti di lavaggio fisico e chimico, la solubilità del metano in acqua o nei solventi organici, pur nettamente inferiore a quella della CO , 2 non è mai del tutto nulla (Figura 3.3), con conseguenti fughe essenzialmente dovute alla dissoluzione del metano nel solvente utilizzato ed al successivo rilascio durante le operazioni di rigenerazione dello stesso. In termini generali, le informazioni reperibili in letteratura e le indicazioni delle case costruttrici indicano fughe comprese tra 1-3% per gli impianti a lavaggio con acqua, 2-4% per gli impianti a lavaggio fisico con solvente dedicato e valori inferiori allo 0.1% per il lavaggio chimico. A tale proposito, la pressione di esercizio della fase di lavaggio sviluppa un ruolo molto importante, con l’operazione che, quando condotta a livelli più elevati (20 bar) per favorire la rimozione della CO , determina un contestuale 2 incremento nella solubilizzazione del metano, con perdite che possono così raggiungere valori del 10-18% 47 ; - nelle linee PSA le perdite derivano dalla bassa ma non nulla affinità del metano per il carbone attivo, con piccole quantità del gas che vengono così rilasciate nel flusso gassoso durante il desorbimento nella fase di rigenerazione. Il contesto informativo reperibile in letteratura e le indicazioni dei fornitori indicano fughe comprese tra 1-4 %; - per gli impianti a membrane, le perdite sono dipendenti dalla permeabilità della matrice polimerica nei confronti del metano. La necessità di forzare il processo di separazione attraverso l’utilizzo di stadi in serie e l’adozione di elevate pressioni trans-membrana ne favorisce ulteriormente il passaggio nel permeato, con perdite quantificate su livelli pari o inferiori al 10%. La quantificazione in campo delle fughe di metano con rilievi su impianti in esercizio a piena scala conta ancora pochissimi riferimenti. Le metodologie di misura e calcolo delle perdite sono tuttora in fase di formulazione, e non dispongono pertanto di protocolli standardizzati. Uno dei pochi riferimenti al riguardo è costituito da un’indagine sperimentale condotta nel 2007 in Svezia presso 22 impianti di depurazione e raffinazione del biogas. L’indagine, promossa dalla Swedish Waste Management Association e condotta su base volontaria da gestori di discariche e di impianti di depurazione delle acque reflue, ha valutato le emissioni in impianti operanti con tecnologie PSA, lavaggio fisico con acqua e lavaggio chimico48 . Le misure sono state finalizzate per identificare tanto le fughe intrinseche dalle varie apparecchiature dell’impianto (valvole, connessioni delle tubazioni, colonne di lavaggio e adsorbimento), che le perdite con il flusso gassoso residuo dei processi di trattamento. L’indagine ha utilizzato tecniche di rilevamento in continuo basate su rilevatori a ionizzazione di fiamma (FID) e tecniche discontinue, basate sul prelievo di campioni e l’analisi con metodi gas-cromatografici. I risultati ottenuti mostrano fughe complessive attestate su livelli maggiori dell’1% per gli impianti a lavaggio chimico, con valori compresi tra 1-5% per le tecnologie di lavaggio con acqua e per i sistemi PSA (Figura 3.18), e con contributi diffusi ma piuttosto modesti attribuibili alle perdite intrinseche dalle linee di trasporto e convogliamento. Lo studio conclude altresì che i risultati appaiono sostanzialmente allineati o di poco superiori ai valori ricavati dalla letteratura e da quelli indicati dai fornitori, e citati in precedenza. A questo proposito, va segnalato come l’evoluzione delle tecnologie a lavaggio fisico con acqua e PSA ha portato negli ultimi anni alla messa a punto di sistemi che dovrebbero mostrarsi in grado di garantire perdite inferiori al 1-2%, e quindi sullo stesso livello di quelle dei processi con ammine. Riscontri in impianti reali non sono però ancora disponibili. 45-46-47 A. Petersson, A. Wellinger “Biogas upgrading technologies-developments and innovations”, IEA Bioenergy Task 37, 2009 48 M. Holmgren, Vattenfall Power Consultant AB, “Voluntary system for control of emissions of methane” 2nd Nordic Biogas Conference Malmö, 2008 65
È opportuno evidenziare che la riduzione delle fughe può anche contare con interventi specifici di trattamento dei gas di coda tramite processi ossidativi di conversione, analoghi a quelli utilizzati per la rimozione dei composti organici ed integrati nella linea di raffinazione. Tali interventi, pur caratterizzati da efficienze in grado di annullare pressoché totalmente l’incidenza delle fughe, comportano evidenti costi supplementari del sistema. Meno onerose appaiono, in tal senso, le possibilità di utilizzo dei flussi residui miscelati con l’aria comburente per l’alimentazione delle diverse utenze termiche (caldaie, motori, unità cogenerative di varia tipologia) normalmente presenti negli impianti di trattamento anaerobico per la fornitura del calore di processo. Un ultimo aspetto di carattere generale è relativo alla diffusione commerciale delle diverse alternative tecnologiche disponibili. Le indagini più recenti in tal senso reperibili per il contesto europeo, sintetizzate in Figura 3.19, mostrano una prevalenza dei sistemi a lavaggio fisico con acqua e PSA: negli ultimi due anni si è tuttavia registrata una crescente diffusione del sistema a lavaggio chimico con ammine, essenzialmente riconducibile all’evolversi della situazione in Germania ove il recente restringimento dei limiti di legge sulle massime perdite ammissibili di metano ha portato ad un deciso incremento nell’adozione di tale alternativa. Il lavaggio fisico con solventi organici conta poche applicazioni commerciali, mentre le tecnologie a membrane ed i processi criogenici appaiono ad oggi confinati a limitate installazioni sperimentali. 66 Figura 3.18: Perdite di metano rilevate tramite indagini in campo per impianti di purificazione del biogas con tecnologia a lavaggio chimico, PSA e lavaggio fisico con acqua49. Figura 3.19: Diffusione a livello europeo delle diverse alternative tecnologiche disponibili per la depurazione e purificazione del biogas da digestione anaerobica 50 49 M. Holmgren, Vattenfall Power Consultant AB, “Voluntary system for control of emissions of methane” 2nd Nordic Biogas Conference Malmö, 2008 50 Biogas partner, documentazione tecnica. Disponibile in: www.biogaspartner.de    
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