Life cycle assessment of an innovative biological biogas purification system

La crescente domanda di energia e la preoccupazione per il riscaldamento globale, richiedono una quota maggiore di energia rinnovabile per ridurre le emissioni di gas serra. Per questo motivo, la comunità scientifica è chiamata ad uno sforzo nello sviluppo di nuove energie rinnovabili. Una delle fonti più innovative è il biogas, prodotto dalla digestione anaerobica di substrati organici. Il biogas è composto principalmente da metano, anidride carbonica, idrogeno solforato e altri costituenti. Purtroppo, alcuni costituenti come l'idrogeno solforato possono essere pericolosi per la salute e la sicurezza e possono causare la corrosione delle attrezzature. Inoltre, l’H2S deve essere rimosso per garantire che il biogas possa sostituire il gas naturale nelle forniture industriali e domestiche o nel trasporto. Per ripulire il biogas vengono impiegati sistemi, tra i quali i più comuni sono quelli fisico-chimici come l'assorbimento, l'adsorbimento e la separazione a membrana. Attualmente, diverse tecnologie di pulizia biologica sono in fase di sviluppo, come BIOFIDS. Questo progetto è partito da un brevetto ODR ENEA, e i seguenti partner stanno ora partecipando: il Politecnico di Torino, la società Tecnodelta Srl, RAMS&E Srl, e la società ACDA Spa, proprietaria dell'impianto di trattamento delle acque reflue di Cuneo (IT). L'unità BIOFIDS consiste in un fotobioreattore che utilizza batteri solforati verdi per la desolforazione biologica del biogas prodotto dalla digestione anaerobica dei fanghi di depurazione. Questi batteri, in presenza di luce, hanno la capacità di ossidare H2S e produrre zolfo elementare per uso agronomico. Questa tesi mira a realizzare la valutazione del ciclo di vita dell'unità BIOFIDS attraverso l'utilizzo del software OpenLCA®. L'analisi prende in considerazione tre fasi: la costruzione dell'unità dai materiali estratti, il trasporto al sito e infine la fase di utilizzo. Per la valutazione dell'impatto del ciclo di vita viene utilizzato il metodo dell'impronta ambientale (indicatore del punto medio), che esamina prima l'impatto lungo la catena causa-effetto. Successivamente, i risultati estratti dal software per BIOFIDS sono confrontati con quelli riportati in letteratura per i sistemi fisico-chimici più diffusi. Gli indicatori utilizzati per il confronto sono il cambiamento climatico, il particolato, l'impoverimento dell'ozono, l'eutrofizzazione delle acque dolci e la formazione di ozono fotochimico - salute umana. I risultati del caso base estratti mostrano che vengono emessi 6573,53 kg di CO2 durante la fase di costruzione e 21,16 kg di CO2 per il trasporto dell'unità al sito. Durante la fase di funzionamento vengono emessi 0,785 kg di CO2/m3 di biogas trattato in un anno, considerando una portata di 6 m3/h che contiene 85 mg/m3 di H2S. Vengono analizzati altri due scenari: il primo considera un consumo di elettricità ridotto, il secondo una concentrazione di H2S maggiore. La riduzione del 10% del consumo di elettricità simula il caso in cui non tutte le apparecchiature funzionano di continuo, a causa di arresti imprevisti per manutenzione straordinaria o blackout. La riduzione maggiore è sulla riduzione dell'ozono (circa 6,5%), così come il 4,8% sul cambiamento climatico e il 3,7% sulla produzione di particolato. Il secondo scenario considera un biogas con maggiore concentrazione di H2S, ma questo non cambia l'impatto della fase di lavoro sull'ambiente. Questo dimostra che il prototipo BIOFIDS funziona anche nel caso di biogas molto sporco.