Separazione e recupero del biometano

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Impianto di biogas
di Dario Rossi

Il biogas ottenuto da processi anaerobici e aerobici per poter essere impiegato deve andare incontro a delle procedure di separazione e recupero. Nel nostro caso il biogas viene prodotto con il processo di digestione anaerobica e si presenta con una composizione caratterizzata dalla presenza di metano al 60%-70% e altri composti gassosi come la C02 e CO e elementi in tracce (Tabella sottostante).

In tali condizioni però il biogas non può essere utilizzato tal quale in quanto presenta delle impurità che ne limitano la sua utilizzazione. Infatti per poter essere impiegato nelle sue più comuni forme come la produzione di energia elettrica e nei trasporti deve prima essere separato dagli altri componenti. La tecnica utilizzata si basa sull’utilizzo di una membrana selettiva che permette di separare componenti di una corrente gassosa che presentano differenti permeabilità in essa (Figura 1). Esistono sia membrane porose, in cui la selettività dipende dalla dimensione dei pori e membrane diffusive, dove la selettività è determinata dalla velocità di diffusione. Per la depurazione del biogas sono normalmente utilizzate le membrane diffusionali. Ogni gas ha una differente velocità di diffusione nel solido di cui è costituita la membrana; nei materiali utilizzati la diffusione del metano è molto più lenta rispetto alla CO2 o all’H2S. Il trasporto è quindi governato dalla permeabilità del componente da rimuovere all’interno del materiale della membrana. Per membrane polimeriche in acetato di cellulosa la permeabilità per CO2 e H2S è superiore rispettivamente di 20 e 60 volte rispetto a quella del CH4. Il processo può essere realizzato in due modalità: gas – gas o gas – liquido.

Nel primo caso su entrambe le facce della membrana c’è una fase gassosa: biogas da un lato e aria dall’altro. Sono dette anche membrane a secco. Il processo può essere effettuato a bassa (8 ÷ 10 bar) o alta pressione (> 25 bar). Nel secondo caso si ha biogas su una faccia della membrana e un liquido dall’altra: il liquido (si possono utilizzare delle ammine) absorbe il gas che ha oltrepassato la membrana. In questo caso non è necessario che la membrana sia selettiva, purché lo sia il solvente. Il processo avviene approssimativamente a pressione atmosferica.

Le membrane non tollerano la presenza di acqua nel biogas; esse possono essere utilizzate per la rimozione simultanea di CO2 e H2S, salvo dover poi trattare le sostanze separate per non emettere composti solforati in atmosfera. La rimozione dell’idrogeno solforato offerta dai sistemi a membrane non è comunque sufficiente a soddisfare le specifiche sul biometano da trazione.

La bontà del processo è fortemente influenzata dalla temperatura del gas e dalla differenza di pressione a cavallo della membrana, che non può essere però eccessiva, così da mantenere accettabili le sollecitazioni meccaniche su di essa. Le perdite di metano possono essere consistenti se il processo è molto spinto: è impossibile ottenere alte efficienze di rimozione senza che il CH4 superi in dosi notevoli la membrana. Si può ovviare a questo inconveniente adottando una configurazione d’impianto con più membrane in serie. Altrimenti, il metano contenuto nella corrente di CO2 andrebbe recuperato: nel caso in cui sussistano esigenze termiche nell’impianto, esso può essere economicamente combusto sul posto.

fonte: ISPRA e l’Università Scuola Superiore S. Anna, Pisa