Analisi tecnico economica della fase di upstream per la produzione di bio-Acido acetico = Techno economic analysis of upstream section for bio-acetic acid production

L’acido acetico (CH3COOH) è un acido carbossilico impiegato nella sintesi di polimeri, ma anche nell’industria alimentare sottoforma di aceto come conservante, che può essere sintetizzato sfruttando il metabolismo di batteri acetogeni CO2-riducenti. In questo lavoro si trova una dettagliata analisi tecnico economica riguardo la produzione dei substrati necessari alla produzione di bio-acido acetico, ossia l’anidride carbonica e l’idrogeno. L’anidride carbonica è catturata da una corrente gassosa proveniente da un biodigestore mediante assorbimento chimico con soluzione acquosa di monoetanolammina. Il biodigestore converte la FORSU in metano e anidride carbonica mediante digestione anaerobica. Il metano viene purificato, mentre la restante parte della corrente gassosa, costituita per il 60% circa da CO2, costituisce uno scarto che può essere valorizzato. Dai dati ricavati dalle simulazioni sul software Aspen Plus® e dal dimensionamento delle apparecchiature è stata sviluppata un’analisi di profittabilità per stabilire il prezzo minimo di vendita per tale reagente. Processi esistenti per la cattura della CO2 si trovano solitamente a valle di cementifici o industrie metallurgiche, che hanno emissioni di anidride carbonica superiori ai biodigestori in termini di portate. Quindi, per poter confrontare il minimo costo di cattura e purificazione della CO2 con dati di letteratura, è stato scalato l’impianto su taglie superiori. Dai dati di letteratura è stato ricavato il costo medio per tonnellata di CO2 catturata che si attesta tra i 50 ed i 250€, in base al processo impiegato ed alla concentrazione della corrente in ingresso. Questo studio riporta un costo di 165€/ton su una scala analoga (1M ton/y di CO2 catturate). Il processo scelto per simulare la produzione dell’idrogeno è quella dell’elettrolisi alcalina che è attualmente la tecnologia più sviluppata tra le tecnologie di elettrolisi. Tale tecnologia, sfrutta una soluzione elettrolitica di idrossido di potassio al 30% in peso. In questo caso, il processo è stato simulato sul software Aspen Plus®, seguendo la curva di polarizzazione di un elettrolizzatore reale. È stata condotta un’analisi di profittabilità per determinarne il prezzo minimo di vendita ed una successiva analisi su scale più ampie per confrontare il costo ottenuto anche con dati di letteratura e di report su impianti in attività. Dati di letteratura riportano costi per l’idrogeno che variano da 3,56 €/kg quando l’energia elettrica è generata da centrali nucleari a 23,27 €/kg quando invece deriva interamente da pannelli fotovoltaici. Considerando il costo dell’energia elettrica della rete il prezzo dell’idrogeno oscilla tra 5,73 e 8,54 €/kg ed il processo simulato in questo studio sulle diverse scale ha riportato un valore che va dai 5,77 €/kg della scala inferiore (1250 ton/y) ai 3,24 €/kg della maggior scala considerata (20 kton/y). Se invece che da acqua pura, si parte da acqua di mare sottoposta al processo di osmosi inversa si ha una crescita sul prezzo finale di una percentuale tra il 13 ed il 17% a seconda delle scale. Infine, è stato considerato un ipotetico scenario futuro sfruttando i target operativi fissati dall’Unione Europea per il 2030 sugli elettrolizzatori, che fanno scendere il prezzo dell’idrogeno prodotto di una percentuale dall’8 al 16% a seconda delle scale grazie all’avanzamento tecnologico e alla migliore efficienza del processo.