PowerToGas, Biometanazione dell’idrogeno in reattori anaerobici operanti in situ = Power-to-Gas: In-Situ Anaerobic Biometanation of Hydrogen

Le tecnologie Power to Gas si prefiggono l’obiettivo di creare un ponte tra la griglia di distribuzione dell’energia elettrica e quella di distribuzione del Gas naturale, tramite processi chimico-fisici in cui i surplus di energia tipici della produzione da fonti rinnovabili sono trasformati in combustibili gassosi (principalmente metano). Tra queste tecnologie, la Biometanazione in-situ, ossia una digestione anaerobica in cui viene iniettato H2 esogeno nel reattore per favorire la metanogenesi, si presenta come una di quelle più attraenti dal punto di vista della sostenibilità, in quanto lavora in condizioni operative blande e non necessita di apparecchiature aggiuntive. Inoltre, essa acquisisce anche rilevanza strategica nell’ambito dello stoccaggio di idrogeno, permettendo di bypassare il problema dello stoccaggio di grandi volumi di H2 tramite la sua trasformazione in metano, la cui griglia di distribuzione è presente in maniera capillare su tutto il territorio mondiale. Inoltre, il consumo di CO2 che caratterizza la reazione rende questa tecnologia capace di contribuire anche alla “CO2 capture”. L’obiettivo di questo elaborato è quello di analizzare la fattibilità di sviluppare tecnologie Power to Gas basate sul processo di Biometanazione in-situ che lavorino su uno specifico substrato :i fanghi provenienti dagli impianti di trattamento acque. Grazie ad una collaborazione tecnica ormai consolidata tra il Politecnico di Torino e SMAT (Società Metropolitana Acque Torino) è stato possibile allestire un reattore di Biometanazione di laboratorio ( Temperatura operativa: 38 °C) operante con fanghi provenienti dall’impianto di trattamento acque di Castiglione Torinese (TO). L’idrogeno prodotto in loco nei laboratori del DIATI mediante elettrolisi è stato iniettato in maniera pulsata nel reattore,aumentando periodicamente la portata. Dai risultati si evince che il sistema è completamente in grado di utilizzare l’idrogeno esogeno come substrato : sono state ottenute concentrazioni di metano del Biogas con valori di picco tra il 90% ed il 92% , associate ad una produttività specifica di 487.3 NmLCH4 (gVS)-1. Le conversioni di idrogeno ottenute sono rimaste stabilmente sopra il 98% durante tutta la sperimentazione, e non si sono verificati aumenti significativi di pH, che si è sempre mantenuto al di sotto di 8. Acidi grassi Volatili (VFA) hanno subito temporanei accumuli in corrispondenza delle variazioni di portata di idrogeno, che però non hanno mai compromesso la stabilità del sistema. Una analisi sperimentale del coefficiente di scambio di materia kla dimostra che il reattore utilizzato non presenta limitazioni di mass transfer, con valori di kla di circa un ordine di grandezza superiori a quelli tipici delle sperimentazioni presenti in letteratura. Il principale problema tecnico riscontrato riguarda il tenore di idrogeno nel Biometano dopo una ipotetica purificazione, che risulta essere mediamente circa il 20% in volume. Tale valore rende impossibile l’immissione di questa miscela in griglia, e pertanto è necessario lo sviluppo di metodologie volte a minimizzarne la presenza nel prodotto finale.