Ottimizzazione del processo di liquefazione idrotermale del digestato derivante da digestione anaerobica = Optimization of the hydrothermal liquefaction process of digestate derived from anaerobic digestion

La crescente richiesta di energia per sostenere lo sviluppo della società moderna e il conseguente uso intensivo dei combustibili fossili, hanno portato alla necessità di cercare delle fonti di energia alternative e più sostenibili. In questo contesto, particolare importanza ha assunto l’utilizzo della biomassa a fini energetici, in quanto rappresenta una valida soluzione nell’ottica della lotta al cambiamento climatico. Tra i vari processi esistenti per il suo sfruttamento, negli ultimi anni si è sviluppata la digestione anaerobica, processo biochimico che sfrutta l’attività di popolazioni batteriche, che degradano la sostanza organica trasformandola in biogas, una miscela di metano e anidride carbonica. Il sottoprodotto del processo è il digestato, una sostanza solida, umida e con un contenuto ancora elevato di materia organica e di minerali, che rendono conveniente il suo utilizzo come fertilizzante. Tuttavia, la sua gestione e smaltimento rappresentano un problema, per via dei costi legati al trasporto, allo stoccaggio e alla fase di sterilizzazione, necessaria per evitare problemi sanitari. È stata, perciò, esplorata la possibilità di sottoporre il digestato al processo di liquefazione idrotermale (HTL), al fine di sfruttare ulteriormente la sostanza organica presente, producendo il bio-olio, un liquido ad alta densità energetica che può essere usato come combustibile. L’HTL è un processo termochimico che sfrutta le proprietà dell’acqua ad elevate temperature e pressioni, durante il quale le molecole subiscono una serie complessa di reazioni che portano alla formazione del bio-olio, una fase acquosa, un gas e un solido. L’obiettivo di questa tesi è l’ottimizzazione del processo di HTL al fine di valorizzare il digestato, indagando le condizioni operative che permettono di massimizzare la resa del bio-olio. Sono state effettuate prove sperimentali di liquefazione idrotermale a partire da una miscela di acqua e digestato, a temperature comprese tra 300 e 360 °C, tempi di permanenza tra 10 e 60 minuti e quantità di solido secco iniziale tra 5 e 30%, analizzando la dipendenza delle rese dalla combinazione dei vari parametri operativi. È stato trovato che condizioni operative più severe sono necessarie per massimizzare la produzione di bio-olio, per via della composizione biochimica del substrato usato, che ha un elevato contenuto di sostanze recalcitranti alla degradazione. Inoltre, è stata effettuata l’analisi elementare dei prodotti e della composizione chimica del bio-olio ottenuto, al fine di valutarne la qualità come combustibile. I campioni di bio-olio hanno un più basso contenuto di energia rispetto al greggio ottenuto dalle fonti fossili, a causa della maggiore quantità di ossigeno e di azoto presenti, rendendo necessaria un’ulteriore fase di raffinazione. Ulteriori studi sono necessari per valutare l’efficienza complessiva del processo, che permette di valorizzare uno scarto attraverso la produzione di un combustibile, a fronte, però, di elevate spese energetiche legate alle elevate temperature e pressioni.