Analisi di fattibilità sull’accoppiamento dei processi di digestione anaerobica e liquefazione idrotermale. = Feasibility analysis of the coupling of anaerobic digestion and hydrothermal liquefaction processes.

Con l’incremento demografico e l’intensivo consumo delle risorse, diventa sempre più urgente adottare le strategie previste dall'economia circolare per valorizzare gli scarti e ridurre l’impatto ambientale. In questo contesto, stanno emergendo nuovi processi industriali capaci di convertire i rifiuti in beni ad alto contenuto energetico. Tra questi si distingue la digestione anaerobica (DA), un processo biologico che consente la decomposizione della materia organica in assenza di ossigeno, grazie all'attività di microrganismi. Il processo DA produce principalmente biogas, composto da metano (CH₄) e anidride carbonica (CO₂), e un residuo chiamato digestato. Un altro processo di crescente interesse nel settore industriale è la liquefazione idrotermale (HTL), un processo chimico che converte la biomassa umida in bio-olio, un olio grezzo simile al petrolio, oltre a produrre gas (composto principalmente da CO₂), un residuo solido e una fase acquosa. L'HTL sfrutta l'acqua in condizioni subcritiche, operando a temperature comprese tra 250 e 350 °C, pressioni elevate (5-20 MPa) con tempi di permanenza che variano da 10 a 60 minuti. Queste condizioni permettono la decomposizione dei composti complessi della biomassa senza la necessità di pre-essiccazione. Questi due processi possono essere integrati per valorizzare il digestato, un sottoprodotto ricco di nutrienti e minerali, tradizionalmente usato come fertilizzante. Tuttavia, il suo impiego presenta criticità, come l'eccessivo contenuto di metalli che può portare all'accumulo di sostanze indesiderate nel suolo e la necessità di trattamenti per ridurre i microrganismi patogeni. Il trattamento del digestato mediante HTL consente non solo la sterilizzazione del materiale, ma anche la sua trasformazione in bio-olio, un prodotto ad alto valore aggiunto che può essere utilizzato come combustibile. In questo lavoro di tesi sono stati effettuati i bilanci di massa e di energia su entrambi i processi separatamente e sull’intero processo integrato, considerando tre diverse percentuali di solidi totali (TS) nel digestato: 5%, 17,5% e 30%. I bilanci sono stati eseguiti per determinare la distribuzione e l’efficienza energetica dei prodotti ottenuti nei diversi scenari, al fine di valutare l’impatto del contenuto di solidi sulle rese di bio-olio, gas, residuo solido e fase acquosa. Le rese utilizzate sono state ottenute in un precedente lavoro di tesi, al fine di analizzare l'influenza del contenuto di solidi sui prodotti finali. Inoltre, è stato eseguito il dimensionamento del digestore anaerobico per adattarlo alle condizioni operative del processo integrato. Infine, è stato valutato l’indice di sostenibilità energetica (ESI), un parametro fondamentale nell'analisi di sostenibilità energetica (ESA), necessario per valutare la fattibilità energetica del processo e identificare le tecnologie più promettenti.