Analisi e modellazione preliminare di processi di separazione e recupero della CO2

Gran parte dell’energia a livello globale viene fornita attraverso centrali elettriche a combustibili fossili, che rilasciano elevate quantità di anidride carbonica in atmosfera. Tale modello energetico, tuttavia, è causa dell’aumento delle emissioni di CO2, che si accumula nell’atmosfera accentuando l’effetto serra e determinando il surriscaldamento del clima terrestre. Quest’ultimo, a sua volta, comporta squilibri nel comparto atmosferico, idrico e biologico, con conseguenze prospetticamente sempre più rilevanti per l’uomo. La concentrazione di CO2 nell’atmosfera ha attualmente superato la soglia dei 415 ppm (parti per milione), con un ritmo di crescita di 2,5 ppm annue. Pertanto, la finalità di questa Tesi è quello di sviluppare un’analisi di fattibilità tecnica circa l’installazione di unità di cattura della CO2 (processo comunemente noto come Carbon Capture) per il successivo stoccaggio o riutilizzo. Nello specifico, sono state investigate tre tipologie di cattura differenti basate sull’utilizzo di solventi, quali la monoetanolammina (MEA) e i liquidi ionici, e di membrane; l’obiettivo è quello di valutare l’impatto dovuto all’impiego di tali processi in termini di consumi energetici. Per sviluppare tale studio di fattibilità sono stati elaborati tre diagrammi di flusso su excel, dove si evidenziano i singoli componenti di ciascuna delle suddette tecnologie e, successivamente, sono stati calcolati i rispettivi consumi. I parametri di input che determinano l’intero processo sono: potenza elettrica netta dell’impianto senza cattura, portata di fumi con le rispettive condizioni termodinamiche, composizione dei fumi in ingresso, condizioni termodinamiche della CO2 prodotta, rendimento meccanico delle pompe e, infine, condizioni termodinamiche dell’acqua di raffreddamento. Se si considera, per esempio, una centrale elettrica supercritica alimentata a carbone bituminoso da 500 MWe, con una portata di fumi pari a 580 kg/s (13% in massa di CO2), emerge che l’utilizzo di liquidi ionici presenta le migliori prestazioni, con una penalità energetica che si assesta intorno al 25% (a differenza della MEA o delle membrane caratterizzate da un valore, rispettivamente, del 30% e del 28%). Ciò si spiega grazie ad una ridotta richiesta di energia per la rigenerazione del solvente (rispetto al caso con la MEA) e ad una maggiore maturità della tecnologia (rispetto all’impiego delle membrane).