Purification of biogas from sulphur compounds: experimental investigation and techno-economic assessment

L'attenzione nei confronti della produzione e dell'utilizzo del biogas è recentemente aumentata in maniera significativa. Ciò è dovuto alla possibilità di ottenerlo da rifiuti di vario genere, oltre al fatto che rappresenta una fonte energetica estremamente versatile, in grado di produrre sia elettricità che calore. Sfortunatamente, il biogas grezzo contiene al suo interno numerose impurità che devono necessariamente essere rimosse prima di poterlo sfruttare in un processo. In particolare, è necessaria una purificazione profonda ed accurata per renderlo adatto ad alimentare una Solid Oxide Fuel Cell. Questo tipo di dispositivo è infatti molto sensibile agli inquinanti, che possono danneggiarlo se non rimossi adeguatamente. Questo lavoro si concentra in particolare sulla rimozione dei composti dello zolfo: H2S, CH4S, COS e DMS. Una delle tecniche più promettenti per la purificazione del biogas è quella dell'adsorbimento. Diversi materiali adsorbenti potrebbero infatti rivelarsi adatti alla rimozione di inquinanti. Al fine di identificare i più promettenti, è stata dunque organizzata una campagna sperimentale, nell'ambito del progetto Waste2Watts. L'attività di studio è stata condotta dal PoliTo, che ha lavorato in partnership con ENEA e PSI. Ognuno dei team di ricerca ha specificatamente lavorato su singoli componenti, accoppiandoli con diversi materiali adsorbenti e differenti composizioni di biogas. Lo studio di una molecola alla volta ha permesso di determinare i materiali più idonei in base all'inquinante da rimuovere. Al termine dell'attività di ricerca, solamente il Norit RGM-3 si è rivelato efficace per il trattamento di tutti e quattro i composti dello zolfo. Il più grande limite dell'attività sperimentale è che in un biogas reale tutte le impurità sono presenti contemporaneamente e devono essere rimosse in maniera pressoché completa. Per questo motivo, una volta selezionato il Norit RGM-3 come sorbente, l'obiettivo è comprendere come un sistema multicomponente possa essere modellato. A tal fine, è stato impostato un modello tecno-economico, con lo scopo di studiare la fattibilità dell’intero progetto. Il nucleo principale del modello è rappresentato da una parte dal materiale scelto, dall’altra dal design ipotizzato per il sistema di purificazione, per il quale tre differenti opzioni sono state proposte. La loro realizzazione ha tenuto conto del fatto che, considerato il componente inquinante da rimuovere, il processo di adsorbimento può essere più o meno efficiente in base alla presenza di acqua nella miscela. Alcuni parametri determinanti sono quindi stati assunti e fissati costanti, di modo da rendere il modello tecno-economico il più realistico possibile. I valori più rilevanti per la simulazione sono stati ottenuti a partire dall’attività sperimentale. In conclusione, i diversi design di impianto sono stati confrontati, sia dal punto di vista economico che energetico, al fine di trovare il miglior compromesso.