Solitamente il biogas deriva da discariche, mangimifici, allevamenti animali, dove vengono sfruttati i gas prodotti dagli scarti, per produrre a loro volta energia.

Ci si ritrova spesso in ambiente atex per via della presenza del biogas stesso ovviamente.

Installare il chiller in zona atex è costose e tutto sommato non conviene.

E’ sicuramente più conveniente procedere come segue:

• installare il chiller in zona sicura
• installare lo skid di deumidificazione in zona atex
• realizzare delle tubazioni correttamente coibentate per veicolare il glicole a bassa temperatura alloo scambiatore

Un occhio di riguardo va alla scelta dei materiali:

nei casi che ci si sono presentati fin’ora, l’acciaio inossidabile si è dimostrato più che valido per le parti in contatto con il biogas, in ogni caso vale la pena controllare la composizione e le concentrazioni degli agenti aggressivi.

Si tratta di una applicazione collaudata e standardizzata.

In questi ultimi anni, abbiamo anche avuto modo di analizzare e risolvere alcune delle più frequenti insidie che possono creare problemi a questa tipologia di impianti: la corrosione ambientale.

E’ chiaro e risaputo che il biogas è un elemento poco pulito e spesso carico di contaminanti che possono avere effetto di corrosione con le parti con cui viene in contatto, tanto è vero che gli scambiatori di calore con i quali lo si tratta (deumidificazione e raffreddamento) o con i quali si effettua il recupero dell’energia termica (scambiatore fumi), sono realizzati in materiali adeguati (1.4401 ovvero AISI 316).

E’ meno evidente che anche l’ambiente dove operano questi impianti, può essere contaminato da elementi corrosivi.

Infatti a seconda ci si ritrovi in allevamenti animali o discariche, sicuramente l’ambiente potrà essere carico di elementi che operano una azione corrosiva sulle apparecchiature limitrofe.

I gruppi frigoriferi, i radiatori di dissipazione dei motori endotermici ed in genere tutte le macchine che trattano elevati volumi di aria, rischiano di essere sottoposti all’azione corrosiva degli agenti contaminanti.

A questo proposito, abbiamo sviluppato dei sistemi di di protezione adeguata, per ogni tipo di macchinario.

L’importante è che il cliente comunichi il luogo ed il tipo di impianto dove verrà installato il sistema di cogenerazione, in modo da poter adottare la protezione adeguata.

Come si forma il biogas
Le sostanze organiche (per esempio cereali, mais o effluenti zootecnici), vengono convogliate in un cosiddetto fermentatore dove, in ambiente anaerobico e condizioni ottimali, i batteri lo decompongono. Il gas così prodotto viene depurato e sottoposto a desolforazione, ossia trasformato in pregiato biogas.

Come si converte il biogas in energia
Nelle centrali termoelettriche a blocco dal biogas si ricava corrente, che si può immettere nella rete pubblica, e calore, che si può usare per scopi esterni. Il biogas può anche essere raffinato fino a raggiungere la qualità del gas naturale e compresso: in questo modo, lo si può utilizzare per la fornitura pubblica di gas o come carburante negli autoveicoli a gas.

Cosa rimane
Nel fermentatore, le materie prime organiche non si trasformano completamente in biogas. I residui della fermentazione, però, si possono riutilizzare: cosparsi sui campi, sono ottimi sostituiti dei fertilizzanti minerali e concludono così il ciclo naturale.
Pertanto, nel processo di produzione del biogas non c’è praticamente nulla che non possa essere utilizzato.

La scelta dei trattamenti più opportuni dipende sia dalle caratteristiche del biogas che dalle modalità di utilizzo previste.
Questi trattamenti sono finalizzati ad ottenere un sensibile abbassamento dei costi di conduzione e manutenzione degli impianti, un funzionamento ottimale unito a maggiore affidabilità. Inoltre viene garantito il rispetto dei limiti di emissione imposti dalla legge.

Deumidificazione

Il trattamento di deumidificazione è necessario in quanto l’umidità di cui il biogas è saturo, condensando all’interno delle tubazioni, in seguito a variazioni di temperatura e/o pressione, può provocare malfunzionamenti. Inoltre la stessa umidità diminuisce il rendimento dei motori endotermici.
Esistono diversi sistemi di deumidificazione:

a) Trappole idrauliche o camere di sedimentazione, dove la diminuita velocità del gas per aumento della sezione causa la segregazione per gravità.
b) I cicloni ed i multicicloni dove l’acqua viene separata dalla forza centrifuga.
c) I frigoriferi in grado di raffreddare il gas da inviare ai motori.
In tal modo si separa dal biogas l’umidità che, condensa precipitando contemporaneamente sostanze nocive e corrosive presenti nel flusso gassoso stesso. E’ opportuno progettarele linee del biogas con opportune pendenze ed eventuali colli di deposito ed evacuazione della condensa al fine di evitarne l’accumulo in prossimità delle soffianti e dei motori.

Inutile dire che il sistema più efficiente risulta quello con sistema frigorifero.

Filtrazione
Si effettua con filtri a ghiaia o sabbia dove vengono trattenuti i solidi in sospensione (grassi, schiume, particolato) prima dell’aspirazione nelle soffianti di ricircolo o di alimentazione delle utenze.

Desolforazione
Quando i livelli di idrogeno solforato sono elevati è necessario prevedere dei sistemi di abbattimento integrativi, ad umido o a secco.

Per quanto riguarda i sistemi ad umido, questi possono essere assimilati alle torri di lavaggio (scrubber) normalmente utilizzate per la depurazione delle emissioni gassose. Tali sistemi devono essere installati prima della sezione di deumidificazione. Un primo sistema utilizza una reazione chimica, generalmente in condizioni di pressione e temperatura ambiente. Il trattamento consiste nel lavaggio con una soluzione basica, che neutralizza l’H2SO4, composto altamente corrosivo e quindi pericoloso per gli impianti di utilizzazione, formato dall’H2S. Una successiva fase di lavaggio acido permette di neutralizzare l’eccesso di base prima dello scarico della soluzione. Il principale vantaggio di questo sistema è la semplicità, ma il costo dei reattivi e del trattamento dell’acqua scaricata ne riduce l’impiego industriale.

Un altro sistema, poco diffuso, consiste nel lavaggio con acqua sotto pressione che mette in soluzione l’H2S insieme alla CO2. Tale miscela viene poi rilasciata in una successiva fase di stripping.

Il sistema di desolforazione a secco prevede un processo di trattamento di tipo chimico e consiste nel far passare il biogas attraverso una sostanza adsorbente. Una prima opzione consiste in un sistema che utilizza un adsorbente contenente ossidi di ferro in grado di interagire con l’acido solfidrico e captarlo in modo da separarlo dal biogas. Un’altra opzione prevede l’utilizzo del carbone attivo.

Il volume della massa desolforante dipende dai seguenti parametri:
- concentrazione dell’H2S nei gas da trattare
- pressione e temperatura (normalmente condizioni ambiente)
- velocità di attraversamento del gas nella massa adsorbente
- tempo di contatto massa – gas
- ciclo di sostituzione dell’adsorbente.

I due sistemi si differenziano in quanto la rigenerazione dell’ossido di ferro è più facile rispetto a quella del carbone attivo. Infatti, l’ossido di ferro si riforma dalla reazione con l’aria e con l’acqua in cui si libera lo zolfo solido che viene trascinato via. Una semplice filtrazione permette la sua eliminazione.  La sostituzione della massa di ossido di ferro si deve effettuare solo dopo molti cicli di rigenerazione. Nel caso del carbone attivo, invece, la rigenerazione richiede l’utilizzo di solventi e, anche se viene condotta a regola d’arte, il carbone rigenerato perde parte della sua efficacia rispetto a quello di partenza, pertanto il costo della rigenerazione e la sostituzione frequente del carbone attivo rendono questa soluzione applicabile solo nei casi in cui si ha una concentrazione molto ridotta in H2S.

Un terzo sistema consiste nell’utilizzo di un biofiltro nel quale risiedono numerose specie di microrganismi in grado di degradare i composti solforati, in questo caso, la depurazione del gas dipende principalmente da porosità, temperatura, pH, umidità e dalla concentrazione di H2S nella fase gassosa e per attivare questi batteri conviene immettere circa il 5% di aria nel gestore.

Processi di rimozione della CO2
In alcuni casi può essere utile effettuare anche dei trattamenti per la rimozione o riduzione del contenuto di CO2, finalizzati ad aumentare il tenore in metano del biogas.
I processi più utilizzati, che devono essere installati solo dopo la rimozione dell’H2S, sono:
- assorbimento della CO2 in acqua con successivo strippaggio ed emissione in atmosfera (il più semplice e meno costoso a parte il costo di compressione);
- impiego di membrane semipermeabili, in grado di lasciare passare la CO2 e di trattenere il CH4.

Sistemi di analisi/controllo/condizionamento del biogas
Risulta necessario analizzare regolarmente il biogas prodotto in alimentazione al sistema energetico. Il sistema di movimentazione del gas prevede, quindi, rubinetti di campionamento e sistemi di analisi con cadenza regolare o meno in funzione delle criticità presenti. Un sistema di controllo gestirà il campionamento sfruttando i risultati delle analisi per un eventuale condizionamento del biogas. Può essere necessario utilizzare per brevi periodi un’alimentazione ausiliaria di metano in grado di far fronte ad eventuali riduzioni del tenore di quest’ultimo, come può succedere durante l’attivazione del processo)