Grandi impianti

Idrogeno Il petrolio del futuro

Nell’ultimo anno Europa, Giappone e Stati Uniti hanno formulato impegnative strategie per la creazione di un’economia a idrogeno.
L’obiettivo è realizzare un approvvigionamento energetico sostenibile, in grado di fornire energia pulita a prezzi accettabili, senza aumentare le emissioni ad effetto serra.
L’Europa ritiene che il vettore idrogeno sia la strada più promettente verso sistemi energetici aperti, integrati; abbia la capacità di considerare contemporaneamente tutte le grandi tematiche energetiche e ambientali; possieda flessibilità tale per adattarsi alle diverse e intermittenti fonti rinnovabili.
Immaggina che una comunità costruisce qualcosa per produrre idrogeno dai residui biogeni come biomasse, scarti dall'agricoltura, escrementi di animali, scarti dalla produzione agroalimentare, culture energetiche, pulizia degli argini, manutenzione forestale ecc.. ec.. ecc..
L'idrogeno viene poi trasfromato in energia elettrica e calore con uno sfruttamento elettrico > 39% in totale, senza emissioni dannose, senza aqcue reflue.
la raccolta delle biomasse ha come effetto "collaterale":

boschi puliti
incendi minimizzati
percorsi dei fiumi curati e sorvegliati
vecchi sentieri aperti per un turismo di qualità

Gli scarti, prima considerati rifiuti, diventano una risorsa del territorio

Tutto questo dà nuove opportunità ai giovani per rimanere sul territorio, inoltre si può vendere energia elettrica ricavata da fonti rinnovabili che il mercato paga bene attraverso il contributo di 30 Cent/KWh per impianti sotto 1 MW elettrico e che vengono alimentati da biomasse recuperate in un raggio di 70 Km (filiera corta) Legge Nr. 222 del 29.11.2007

Immaggina adesso che una comunità di ca. 3000 famiglie si consorzia e investe  per la realizzazione di uno stabilimento che produce
elettricità e calore (investimento per famiglia ca. 1.300 euro).

Lo sapevate che il mercato dell'energia si e liberalizzato e chiunque può mettersi a produrre energia, basta che raggiunga una certa potenza installata?

Un'impianto del genere produce in 10 anni ca. 80.000 megawatt elettrici che corrispondo a ca. 80.000.000 kw; che venduti a 0,30 euro/kw portano un fatturato di ca. 24 mio di euro per la comunità.
Se poi all'impianto si affiancano unità produttive che hanno bisogno di calore (tipo lavorazione agroalimentare, serre, piscine riscaldate, ditte per la trasformazione/lavorazione del legno che a sua volta approvviggiona l'artigianato del legno ecc.. ecc... ecc..), l'introito della vendita dell'energia aumenta notevolmente. Senza considerare il risparmio per il riscaldamento che deriva dal calore dell'impianto, l'investimento dell'impianto ritorna dopo ca. 2,5 anni
Con questi soldi si possono pagare tutte le attività di recupero biomasse, stipendi agli operatori sull'impianto (ca. 15), dare delle buone rendite ai cittadini su quello che hanno investito; inoltre si ha un'energia che appartiene al popolo, autogestita e pertanto affidabile, non iquinante e gratis dopo l'ammortamento dell'investimento.
Nell'immediato, l'energia elettrica viene prodotta attravarso motori a gas che abbinati a generatori elettrici producono in modo efficiente.
In un futuro vicino, si può affiancare una cella a combustibile (iniziative importanti sono già in corso) o fungere come produttore di idrogeno da fonti rinnovabili.

Blue Tower

Relazione descrittiva dell'impianto Blue Tower nei suoi particolari

Tecnologia di base del processo produttivo.

L’impianto Blue Tower parte innanzitutto da un processo produttivo che basa la sua efficienza su una tecnologia del tutto innovativa, poiché non solo procede alla gassificazione del rifiuto, che di per sè rappresenta già una metodologia innovativa di conversione energetica in quanto amplifica l’utilizzabilità del combustibile, ma ritrova una straordinaria innovazione nel processo stesso di gassificazione e nei suoi prodotti e cioè nella composizione dei syngas che è in grado di produrre:
volendo definire meglio la tecnologia di base del processo produttivo si deve innanzitutto partire dalla tecnologia di gassificazione che è di tipo

• A letto fisso con accumulo e trasporto di calore
• Ad atmosfera ambiente
• A due stadi
• A mezzo di gassificazione vapore

Esplicitando il tutto in modo più sintetico si può dire che si tratta di un processo di gassificazione allotermico basato sulla reformazione a stadi, che vede una fase in cui avviene la pirolisi del rifiuto ed una fase in cui i gas di pirolisi entrano in un reattore di reforming alimentato termicamente da vapore prodotto a partire dalla combustione del coke di pirolisi che viene anche recuperato attraverso un sitstema di accumulo e trasporto del calore che si base sulla movimentazione di un inerte argilloso granulare.
Il recupero del calore e il processo di reforming riducono la diluizione dei gas di pirolisi rielevando il loro contenuto energetico e producendo syngas in cui è presente idrogeno in volume pari al 60%.
Tale processo di gassificazione è sperimentato già da quattro anni in un pilota da 1500-2000 kWth costruito ad Herten in Germania dove sta mostrando efficacemente le sue straordinari potenzialità.
I Syngas prodotti vanno incontro a tre sostanziali tipologie di utilizzazione:

• la prima, che assicura la produzione nei primi anni di esercizio, vede dei motori a gas della Deutz o analoghi, testati in diversi contesti, dai gas di cokeria a quelli da fermentazione alcolica dei rifiuti urbani;
• la seconda è del tutto sperimentale e vede una cella a combustibile tipo MCFC in grado di lavorare con gas reformati senza necessità di raffinare il prodotto del gassificatore.
• la terza anch'essa sperimentale e vede una cella a combustibile tipo PEFC o analoga che processa idrogeno ricavato dal gas di sintesi attraverso una purificazione con sistema PSA

Si noti infine che, essendo molto bassa la percentuale di TARS è possibile usare dei sistemi di pulizia a freddo.

Ciclo produttivo e caratteristiche funzionali
Il rifiuto  depositato nel piazzale viene caricato nella tramoggia del trasportatore a tazze e attraversa l’unità di essiccazione (optional) sopra nastri trasportatori. Successivamente viene trasportato al reattore di pirolisi tramite una coclea passando attraverso un serbatoio di accumulo intermedio.
Il rifiuto si mescola con il vettore termico proveniente caldo dagli stadi superiori dell’unità, e viene uniformemente distribuito all’interno del reattore di pirolisi, dove la termolisi avviene ad una temperatura di circa 500-550°C, accelerata dalla grande superficie di scambio del vettore termico. Nella zona più profonda del reattore avviene la pirolisi delle componenti più pesanti del rifiuto e di parte del rimanente carbone. Non c’è bisogno di ossigeno né di aria per fornire l’energia per la ossidazione parziale, in quanto tutto il calore necessario proviene dal vettore termico. Un flusso di vapore a bassa pressione proveniente dagli stadi inferiori dell’unità attraversa il letto, e insieme ai gas rilasciati durante il processo termico viene convogliato nello stadio di reforming.
Nel reattore di reforming la maggior parte dei componenti più pesanti vengono reformati e crackati fino a diventare metano, CO2, CO, H2 grazie all’alto contenuto di H20 presente in fase di vapore. Dal momento che l’unità di reforming è costituita da un recipiente del tutto isolato, non è possibile il mescolamento con gas allo stato grezzo o con gas di pirolisi che non abbiano reagito (a differenza di quanto succede nei processi convenzionali, come ad esempio i reattori a letto fluido).
Il gas in uscita risulta essere quasi totalmente depurato dagli idrocarburi più  pesanti, ed è di buona qualità in quanto non c’è stata alcuna diluizione con azoto.
Siccome il vettore termico deve fornire sufficiente calore (tra 500 e 1050°C) affinché i processi endotermici abbiano luogo, è necessario che venga preriscaldato in maniera adeguata. Questa fase viene espletata all’interno di un recipiente di preriscaldamento dove confluiscono i gas di scarico provenienti dalla combustione del carbone di pirolisi. Vagliando il vettore termico all’uscita del reattore di pirolisi con un setaccio meccanico si separa il vettore stesso dai prodotti carbonizzati. Il vettore ormai separato viene convogliato in cima alla torre di gassificazione.
I gas di scarico che escono dal recipiente di preriscaldamento sono ancora caldi, e vengono quindi usati per preriscaldare l’aria comburente della camera di combustione del carbone di pirolisi, così da aumentare l’efficienza del sistema. Successivamente i gas di scarico vengono forzati attraverso filtri a maniche e trattati con adsorbenti (calce) per la depolverizzazione e la desulfurizzazione. Il sistema di ventilazione forzata rappresenta l’ultima sezione del trattamento dei gas di scarico a monte della ciminiera.
Il gas prodotto viene raffreddato con olio diatermico caldo in uno scambiatore di calore innovativo a piastre saldate e di facile pulitura, e successivamente lavato. L’acqua di condensazione proveniente dal sistema di lavaggio viene fatta evaporare in parte a spese del calore dell’olio diatermico, in modo da generare il vapore a bassa pressione necessario all’unità di reforming. La frazione residuale della condensa viene inviata alla camera di combustione.
Il gas è quindi trattato con un deumidificatore-depolverizzatore elettrostatico e un lavaggio successivo (quenche) per ottenere un prodotto sufficientemente puro da poter essere utilizzato in motori a combustione interna. Per assicurare l’integrità dei motori viene installato un ulteriore filtro a carboni attivi ed un filtro fine subito a monte dei motori stessi. Inoltre le fluttuazioni di pressione della linea gas sono smorzate da un volume di calma.
La produzione di energia elettrica viene così affidata ad un sistema di motori a combustione interna della DEUTZ o equivalente in grado di usare i gas reformati in modo stabile e con un’efficienza del 39% restituendo così un’efficienza globale dell’impianto pari circa al 32%.
Inoltre si può prevede di diramare una linea gas dedicata ad una cella a combustibile MCFC o alla PSA per la produzione di puro idrogeno.

Acqua
L’impianto consuma pochissima acqua.
Non disponendo di un sistema di raffreddamento continuo e aperto limita in modo notevole l’uso di questa risorsa.
I motori hanno un circuito di raffreddamento chiuso. Il sistema di pulizia dei gas usa acqua che viene poi concentrata in fanghi che vengono successivamente bruciati nel forno del sistema di gassificazione e recuperati insieme al calore a valle della combustione.
Alla produzione di vapore si fa fronte condensando l’acqua presente nei syngas e vaporizzandola a 1,5 bar nel vaporizzatore.
Poca acqua è necessaria per il make-up dell’elettrofiltro e del lavaggio per evitare la concentrazione di alghe e sporcizia nel circuito di lavaggio. Tranne poche quantità di spillamento fanghi (in casi eccezionali), l'impianto non produce acque reflue.

Impatto visivo
L’impianto è costituito da alcuni elementi: uno di questi, la torre blu e cioè il sistema di gassificazione, si sviluppa sostanzialmente in altezza (circa 28-33 metri) , coperta con un telo blu, funge perfettamente da richiamo visivo. La sua estetica lineare e essenziale fà si che non c'è bisogno di lavori architettonici di mimetizzazione, inoltre il camino è integrato nella stessa struttura e pertanto non visibile. Essendo il fumo esausto privo di vapore, non è visivbile il pennacchio di fumo.

Scelta della tecnologia

schema di flusso

Gassisifazione + Motori a Gas   
anzichè 
Combustione + Turbina a Vapore

La scelta della gassificazione + motori a gas si può giustificare come segue:

• Rendimento maggiore, minor quantità di fumi e residui
• Flessibilità maggiore nella scelta del combustibile
• Minori emissioni / minor problemi nella gestione
• In passato maggior investimento; oggi: investimenti comparabili a tecnologie in uso

Processo con pressione atmosferica anzichè come conosciuto da 5 a 100 bar.