Problemi della cogenerazione a SYNGAS di cippato di legno

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Cippato di legno
di Felice Lucia

Si tratta di individuare il rendimento reale del sistema considerando il rendimento del gassificatore ed il rendimento del mezzo di conversione. Si tratta di capire se questo SYNGAS è idoneo a bruciare in un motore endotermico senza causare problemi irrisolvibili. 
Gli impianti di gassificazione funzionano bene se il syngas non e' utilizzato per alimentare motori che, pur avendo un rendimento elettrico migliore, hanno innumerevoli problemi di sporcamento fino a trovare carboni di TAR nei cilindri. Ma i problemi sono tanti e spesso nascosti da chi produce impianti di gassificazione. Si sa che la conversione termochimica di biomassa legnosa in syngas produce un gas grezzo contenente impurità organiche e inorganiche. Le impurezze organiche, che sono quelle che maggiormente causano il malfunzionamento dei motori, sono rappresentate da molte sostanze che vanno dagli idrocarburi leggeri a idrocarburi ad alto peso molecolare policiclici, e all’interno di questi è presente il TAR.

Il TAR è costituito da tutti i composti organici presenti nei gas prodotti durante la gassificazione ed è un contaminante che deve essere rimosso prima che il syngas venga utilizzato sia nei processi industriali che in turbine o in motori a combustione interna. 
L’altro contaminante compreso tra le impurezze organiche e che può causare grossi problemi è il particolato: è infatti ormai accertato che la quantità di particolato 
ammessa nel syngas per un suo utilizzo nei motori a combustione interna non puo' essere superiore a 35 mg/m3. 
Nel processo di gassificazione di biomasse, l’alto contenuto di sostanze volatili determina la presenza di grosse quantità di tar e particolato. 
Non e' possibile spiegare qui i vari sistemi di captazione ed eliminazione; in ogni caso (e sfortunatamente), la completa rimozione del tar dal syngas da biomassa non è tutt'oggi possibile, compromettendo così il buon funzionamento di un motore a combustione interna. 
Perché un gas possa essere utilizzato come combustibile in una turbina o in un motore a combustione interna, esso deve rispondere a ben determinati requisiti, soprattutto per quanto riguarda TAR e particolato, responsabili rispettivamente di incrostazioni e di fenomeni di erosione, quindi di blocco delle valvole, di residui carbonizzati nei cilindri per via della combustione delle incrostazioni, corrosione dei metalli a contatto con il particolato ecc.
Le caratteristiche di un discreto syngas utilizzabile sui motori (anche se non tutti) sono elencate di seguito: 
- Particolato mg/Nm3 <35 
- Dimensione particelle µm <7 
- Tar mg/Nm3 <60 
- Metalli alcalini mg/Nm3 <0,15
Zefferino Santini, in una discussione su linkedin, sostiene che, se si dispone delle conoscenze termodinamiche giuste, i motori possono essere adattati al syngas, come abbiamo fatto noi con le turbine, progettando un nuovo combustore tipo Trapped Vortex diffusivo ed eliminando quello premiscelato, che non può essere usato soprattutto a causa dell'alta temperatura della fiamma del syngas, e non per ultimo perchè, con la presenza di molto idrogeno, esiste il conseguente rischio di ritorno di fiamma dei sistemi di iniezione.

La pulizia del combustore, dei condotti fumi e della turbina avviene continuamente con iniezioni di vapore che, oltretutto, aumenta l'efficienza termodinamica della turbina. 
Ma che succede nel motore se viene iniettato del vapore, ovvero acqua, nel condotto di aspirazione? Succede che il motore che potrà funzionare senza problemi con il Syngas. 
In un motore in cui è stata iniettata acqua, i gas fuoriescono a una temperatura inferiore, poiché una parte di energia termica viene scambiata con l'acqua durante l'evaporazione. L’acqua che evapora aumenta di volume e nella camera di combustione si crea una pressione più elevata a parità di volume di gas in ingresso, quindi aumenta la potenza e diminuiscono i consumi, poiché il vapore si sotituisce ai gas in entrata.

La maggior pressione e il migliore raffreddamento dei fumi entranti favoriscono così i motori turbocompressi: l'incomprimibilità dell'acqua provoca infatti un aumento del rapporto di compressione.

Il fatto che l’acqua assorba il calore dai gas di combustione fa aumentare l’efficienza del motore, allungandone la vita, poiché ne diminuisce l’usura, e provocando una diminuzione del consumo di olio e delle candele.

Le temperature in gioco sono inoltre più basse e la presenza di ossidi di azoto nei gas esausti diventa quasi nulla. L’iniezione di acqua elimina ogni eventuale problema di accensione e mantiene costante il moto, permettendo anche di ottenere una pulizia quasi perfetta dei residui catramosi TAR.

fonte: ENEA, "Tecniche di campionamento e rimozione di TAR e particolato contenuti nel syngas da gassificazione del carbone", settembre 2010

Commenti

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