L’ O.O.-02 prenderà in esame, in primo luogo, la possibilità di effettuare un recupero energetico dei diversi fanghi prodotti dagli impianti di trattamento reflui del distretto conciario utilizzando la tecnica della Digestione Anaerobica come tecnica di elezione. Tale scelta costituisce la via preferita anche per la valorizzazione energetica di altre tipologie di rifiuti organici, selezionate in base all’attività dell’OO-01 del presente progetto, sia utilizzando tali rifiuti in forma individuale, sia in miscela con i fanghi di cui sopra. In ogni evenienza le matrici dovranno essere pretrattate e acclimatate alla digestione, proprio queste due fasi saranno oggetto di studio e sperimentazione al fine di individuare il miglior compromesso fra risultati e costi operativi con particolare riguardo anche ai prodotti della digestione anaerobica. Tra le attività dell’Obiettivo Operativo 2, infatti, oltre alla messa a punto del processo di desolforazione del biogas saranno analizzate anche le condizioni del processo di digestione anaerobica al fine di ottimizzare anche le caratteristiche del residuo (digestato) in funzione di un ulteriore recupero energetico (piro-gassificazione) e recupero di materia (OO-03). Le migliori condizioni operative per la conduzione della digestione anaerobica saranno individuate anche facendo uso di tecniche chemiometriche per l’estrazione delle informazioni dai dati sperimentali ottenuti (dataset).
Presso gli impianti CUOIODEPUR ed AQUARNO saranno collocati due impianti pilota da 5m3 ciascuno, realizzati in polipropilene (PP) e strutturati in modo da permettere di testare il processo anaerobico in diverse condizioni operative in modo da rispondere alle esigenze specifiche del processo di digestione (e co-digestione). Il sistema sarà dotato di tutta la strumentazione necessaria per garantire il corretto funzionamento e permettere un monitoraggio e controllo adeguato dei parametri controllanti del processo di digestione anaerobica. Verranno investigate due soluzioni di processo innovative per la rimozione dell’Idrogeno Solforato presente nel biogas e dell’azoto presente nel surnatante della digestione anaerobica:
1) rimuovere i due inquinanti separatamente
2) ossidazione biologica dell’azoto a nitrato e successivo impiego di questo prodotto nell’ossidazione dell’ H2S presente nel biogas in un biotrickling filter.
Il disegno dell’esperimento e d il monitoragigo dei test a scala banco verranno impostate in modo da consentire la calibrazione di modelli matematici che verranno applicati per selezionare la soluzione di processo più adatta alle caratteristiche dei reflui. Per quanto riguarda il digestato, questo verrà sottoposto ad una disidratazione/filtrazione del fango per portare l’umidità ai valori desiderati e quindi avviato al trattamento di recupero energetico via piro-gassificazione. Il piro-gassificatore messo a disposizione da ITALPROGETTI, si basa su un sistema del tutto innovativo e rappresenta una soluzione appositamente studiata per convertire biomasse in gas combustibile, una miscela di CO, H2, CH4, con un potere calorifico di circa 4-8 MJ/Nm3 a seconda del tipo di biomassa impiegata. Le varie tipologie di digestato verranno caratterizzate in termini di analisi immediata e contenuto energetico, parallelamente saranno apportate delle modifiche strutturali e funzionali all’impianto previa consultazione e confronto con il DICCISM di Pisa. L’impianto avrà una potenzialità di circa 5 kg/h di digestato al 20-30% di umidità. Tale taglia risulta significativa per il successivo scale-up dell’impianto alla taglia commerciale. Verranno effettuate prove in continuo per un numero di ore congruo a verificare la stabilità del processo di piro-gassificazione variando i seguenti parametri funzionali/operativi:
- configurazione reattoristica
- Tipologia
- contenuto di umidità
- portata di digestato
- rapporto aria/digestato al gassificatore
Verrà quantificato il tar prodotto ed il syngas verrà analizzato in linea, a valle del sistema di trattamento. Al termine di ciascuna prova verranno raccolti e quantificati i residui solidi (ceneri) dal gassificatore e le acque di lavaggio provenienti dal sistema trattamento. I residui solidi verranno caratterizzati miratamente al fine di individuarne possibili riutilizzi (cementifici/laterizi, compost, fertilizzanti, etc.) e/o le modalità di smaltimento. Le acque scaricate a fine prova dai sistemi scrubber verranno per poter individuare i trattamenti necessari per il loro riciclo nel sistema di trattamento syngas. Della parte analitica per i residui solidi e le acque di lavaggio si occuperanno il DICI e i Laboratori ARCHA, mentre ITALPROGETTI provvederà agli eventuali interventi di manutenzione e/o modifiche funzionali e strutturali ai componenti dell’impianto. Sulla base dei risultati sperimentali ottenuti verranno valutati i flussi di massa ed energia al fine di determinare le prestazioni dell’intero impianto. Verranno, inoltre, effettuate le valutazioni economiche relative all’integrazione energetica tra la fase di essiccamento termico del digestato, necessario ai fini della loro gassificazione, e la stessa fase di gassificazione limitando così i consumi di gas naturale o altro combustibile fossile con conseguenti benefici economici. L’attività sperimentale degli impianti pilota di digestione anaerobica, di desolforazione e di piro-gassificazione, sarà progettata sulla scorta delle esperienze maturate dalle prove di laboratorio attraverso tecniche di Disegno Sperimentale (DoE) allo scopo di effettuare prove con il massimo livello informativo. Quello che ci si aspetta di ottenere è la possibilità di mettere a punto una strategia integrata di valorizzazione energetica in cui:
- una prima parte di energia, sottoforma di biogas, viene “estratta” in un processo di digestione anaerobica
- una seconda parte di energia (sul bio-digestato residuo) viene estratta sottoforma di miscela CO, H2,CH4 per piro-.gassificazione individuando un “punto di ottimo” per cui la conversione del primo passaggio, massimizza il rendimento energetico dell’intero processo.
Altro risultato atteso è quello di mettere a punto aspetti innovativi, funzionali ad ottenere alti rendimenti energetici, quali:
- l’uso di strategie di pre-condizionamento dei fanghi per accelerare la digestione anaerobica;
- un disegno innovativo dei digestori (tailor made in funzione delle caratteristiche dei fanghi da trattare)
- un sistema innovativo di desolforazione del biogas che, al contempo, realizza anche la denitrificazione delle acque surnatanti del digestato