Upgrading del biogas e liquefazione della CO2 e del biometano

///Upgrading del biogas e liquefazione della CO2 e del biometano

Negli ultimi 15 anni la tecnologia Cryo Pur è stata sviluppata e consolidata per proporre un prodotto industriale affidabile per l’upgrading del biogas e la liquefazione del biometano (Bio-GNL) e della bio-CO2 per impianti medio-piccoli (70-2000 Nm3/ora). Cryo Pur apre nuove prospettive per la costruzione di nuove infrastrutture energetiche decentralizzate a basse emissioni di carbonio che applicano l’economia circolare. I principali prodotti ottenuti possono quindi essere così facilmente valorizzati:

  • il Bio-GNL è un carburante sostenibile per trasporto pesante su gomma e trasporto marittimo. È una chiave per la transizione energetica nel settore dei trasporti, che è il più dipendente dal petrolio.
  • il Bio-GNL consente nuovi progetti di produzione di biometano dove non è possibile l’immissione diretta nella rete del gas, offrendo nuove soluzioni per lo stoccaggio e il trasporto di biometano.
  • la Bio-CO2 è un sottoprodotto interessante ma sottovalutato del progetto biometano. Invece di scaricare CO2 nell’atmosfera, Cryo Pur produce CO2 liquida pura che può essere utilizzata in varie applicazioni: serre, refrigerazione nei trasporti, industria chimica, …

L’impianto standard applicato nel settore agro-biogas è composto:

  1. dal digestore anaerobico, alimentato da sottoprodotti agricoli e/o da FORSU. Questo impianto produce biogas grezzo, la cui composizione è generalmente circa 55% CH4 e 45% CO2. Oggi in Italia questo gas viene per lo più utilizzato per la produzione di elettricità. Per valorizzarlo come biocarburante avanzato è necessario effettuare l’upgrading di questo biogas in modo da recuperare il biometano puro.

L’Impianto industriale fornito da Cryo Pur è in grado di effettuare nello stesso processo l’upgrading del biogas e recuperare più del 99% del biometano per liquefarlo, in modo da utilizzarlo direttamente come Bio-GNL. Parallelamente, il dispositivo può recuperare circa il 90% della CO2 presente nel biogas, sotto forma liquida. Il biometano liquido (Bio-GNL) da biogas viene consegnato al cliente alla pressione di 2 bar (g), conforme alla norma europea EN 16723-2 “Gas naturale e biometano da utilizzare nei trasporti e biometano per iniezione nella rete di gas naturale – Parte 2: Specifiche dei carburanti per autotrazione”; la CO2 liquida viene consegnata all’acquirente ad una purezza di CO2 superiore al 99,99% v/v.

  1. da un sistema di distribuzione e stoccaggio per Bio-GNL e Bio-CO2 liquida: in funzione del modo in cui questi prodotti saranno valorizzati. Ad esempio, per uno stoccaggio liquido di CO2 e GNL per il ritiro e trasporto verso l’utente finale, o in alternativa per un distributore locale del GNL (distributore di pompe per autocarri).

Perchè produrre Bio-GNL e Bio-CO2 liquida

Oggi l’uso del GNL per mezzi pesanti è in forte sviluppo in Europa, grazie anche al lancio di nuovi veicoli più efficienti oltre che dalle sempre più diffuse infrastrutture di distribuzione. Il Bio-GNL rappresenta quindi una soluzione a breve termine come carburante sostenibile in sostituzione dei carburanti fossili come il diesel, permettendo la riduzione delle emissioni di gas serra, NOx e polveri sottili rispetto al diesel. Inoltre il Bio-GNL è immagazzinabile e trasportabile facilmente; il che consente progetti per il biometano anche quando la rete del gas è remota o ha una capacità limitata. Spesso infatti, in Italia, si  incontrano difficoltà dovute alle distanze di connessione, alle limitate capacità della rete di distribuzione, alla pressione di erogazione da raggiungere quando si tratta di rete di trasporto, a tempistiche lunghe per permessi e connessione da cui il Bio-GNL permette di affrancarsi. In parallelo la Bio-CO2 liquida è un co-prodotto della produzione di biometano, oggi invece quasi sempre disperso in atmosfera.

Il processo Cryo Pur permette la produzione della CO2 liquida pura, valorizzabile in numerose applicazioni industriali: serre, ghiaccio carbonico, trasporto frigorifero, materiali di costruzione.

La tecnologia Cryo Pur: processo principale

Andando più a fondo nella tecnologia di upgrading e di liquefazione, il dispositivo Cryo Pur utilizza una tecnologia di upgrading criogenico: la CO2 viene congelata a una temperatura di -120 °C per separarla dal metano. Ciò consente di raggiungere l’elevato livello di purezza del metano richiesto per la liquefazione. Il dispositivo include il pretrattamento per rimuovere acqua e sostanze inquinanti (H2S, VOC, silossani) prima della separazione della CO2.

Il processo include 5 passaggi:

  • Pretrattamento
  1. trattamento del biogas con carboni attivi nel primo sottosistema per rimuovere l’H2S;
  2. raffreddamento del biogas a -40°C nel secondo sottosistema: il vapore acqueo viene alternativamente congelato e scongelato su due scambiatori di calore;
  3. raffreddamento del biogas a -75°C nel terzo sottosistema: il vapore acqueo residuo viene alternativamente congelato e scongelato su due scambiatori di calore.
  • Cattura della CO2
  1. raffreddamento del biogas a -120°C nel quarto sottosistema: la CO2 viene alternativamente congelata e scongelata per garantire un contenuto di CO2 di 50ppm prima della liquefazione.
  • Liquefazione
  1. compressione del biometano a 14 barg e liquefazione nel quinto sottosistema a -120 °C. Il biometano liquido viene quindi espanso fino a raggiungere -160 °C e trasferito al serbatoio di stoccaggio tampone criogenico dopo il polishing; Il boil-off viene riciclato e liquefatto di nuovo nell’unità. Il Bio-GNL è prodotto a una pressione di 2 bar (g).

Figura 1 – Layout del dispositivo Cryo Pur di Greenville

La tecnologia Cryo Pur: principali vantaggi

La tecnologia Cryo Pur mostra numerosi vantaggi. I principali sono i seguenti:

  • un processo integrato di purificazione-liquefazione compatibile con le portate degli impianti biogas esistenti; permettendo così un minore CAPEX e OPEX, una maggiore facilità nella gestione del progetto, una più grande affidabilità;
  • un dispositivo integrato che limita i rischi legati alla moltiplicazione delle interfacce tra le diverse tecnologie;
  • con il dispositivo Cryo Pur, l’upgrading del biogas si ottiene evitando gli offgas e quindi senza perdita di metano, garantendo il massimo tasso di recupero del biometano;
  • la produzione di 2 prodotti puri: il bio-GNL, che può essere usato come carburante per i veicoli pesanti e la bio-CO2 liquida, che in certe regioni può raggiungere un valore significativo, raggiungendo fino il 10% di ricavo addizionale;
  • il miglioramento dell’efficienza energetica con un sistema a consumo elettrico ottimizzato e la possibilità di recupero del calore;
  • costi di gestione contenuti: la separazione fisica dei gas non richiede materiali di consumo (tranne il carbone attivo nella fase di pretrattamento);
  • un’alta disponibilità dell’impianto grazie alla qualità del materiale e alla ridondanza dei componenti essenziali.

Tecnologia Cryo Pur: principali applicazioni

Il dispositivo Cryo Pur è adatto a trattare il biogas prodotto da qualsiasi tipo di rifiuto organico (fanghi di origine agricola, industriale, acque reflue, biogas da rifiuti domestici) e apre nuove opportunità per il settore del biogas:

  • produzione di carburante per veicoli pesanti (bio-GNL),
  • produzione di biometano da gas di discarica,
  • immissione / combustione a distanza di biometano,
  • produzione di bio-CO2

 

Figura 3 – Sistema di carico e scarico di ISO container di BioGNL (Greenville Energy).

Versatilità della tecnologia Cryo Pur: applicazione al progetto

La tecnologia Cryo Pur può essere declinata in diverse soluzioni a seconda delle necessità del progetto. Se non c’è possibilità o interesse nel valorizzare la CO2, Cryo Pur propone soluzioni alternative integrate di liquefazione del biometano abbinate a sistemi di upgrading. In questo modo si ottiene, in una fornitura unica, un dispositivo che permette il trattamento del biogas con rilascio della CO2 nell’atmosfera e la liquefazione del biometano con la tecnologia provata di Cryo Pur. I principali vantaggi di questa soluzione sono un’ottimizzazione ulteriore dei consumi elettrici, per un impianto più snello in termini di layout. Questo ultimo step di polishing (diminuzione del contenuto in CO2 sotto i 50 ppm) e liquefazione, può anche essere proposto indipendentemente dalla fornitura di upgrading nel caso, per esempio, di un impianto di trattamento di biogas e produzione di biometano gassoso già in funzione come anche per la liquefazione di gas di rete.

Realizzazioni 

BioGNVal (Francia)

Come parte del progetto BioGNVal, Cryo Pur ha implementato con successo la progettazione, l’assemblaggio, l’installazione e la messa in servizio di un dimostratore industriale che produce biometano liquido e CO2 liquida da biogas, presso l’impianto di trattamento delle acque reflue di Valenton, in Francia. Il dimostratore industriale, con una capacità di 120 Nm3/ora di biogas grezzo, è stato inaugurato ufficialmente il 9 maggio 2016 ed è stato operativo fino ad aprile 2017.

 Greenville Energy (Regno Unito)

Nel gennaio 2018, Cryo Pur ha avviato il primo impianto commerciale che trasforma il biogas in bio-GNL in un’azienda agricola. L’impianto è stato realizzato nel sito di Greenville Energy Ltd, un’importante azienda agricola che opera in Irlanda del Nord. Dal suo avvio l’impianto ha prodotto continuativamente bio-GNL e fornito alle industrie locali energia verde e calore, oltre a CO2 liquida per uso industriale. L’unità ha una capacità di 3 tonnellate al giorno di bio-GNL. L’impianto tratta 300 Nm3/h di biogas proveniente dalla digestione anaerobica di reflui zootecnici da allevamento bovino e dalla frazione organica di rifiuti domestici. La tecnologia Cryo Pur combina l’upgrading criogenico con la liquefazione del biometano. Oltre al GNL, il dispositivo produce anche CO2 liquida, con una purezza superiore al 99,99%, utilizzata come gas liquido industriale per alimentare le serre, per la produzione di freddo industriale oltre che presso macelli di pollame.

Oggi è l’unica unità di produzione di biometano liquido al mondo a produrre biometano liquido in continuo e in condizioni operative, con un progetto su piccola scala (<1500 Nm3/h biogas grezzo).

Il progetto di Greenville Energy apre la strada ad una produzione efficiente di bio-GNL per molti siti di produzione di biogas, non solo di grandi dimensioni, che cercano opzioni per valorizzare al meglio il biometano. Si tratta di una pietra miliare nello sviluppo del bio-GNL; un combustibile pulito e rinnovabile per il trasporto su gomma.

Figura 4 – Vista esterna dell’impianto Cryo Pur di Greenville.

Conclusioni

Questo documento dimostra che i dispositivi di upgrading del biogas e di liquefazione del biometano basato sulla tecnologia Cryo Pur permettono di raggiungere una eccellente fattibilità nell’attuale contesto italiano. Inoltre, grazie al facile utilizzo del dispositivo e una limitata attività di manutenzione, la produzione di Bio-GNL darà la possibilità di sostituire il carburante tradizionale con un elevato beneficio ambientale in termini di riduzione delle emissioni di CO2.

Con l’aumento del consumo di GNL per i trasporti e con circa 1300 comuni fuori dalla rete nazionale del gas, la domanda di GNL in futuro aumenterà in modo significativo. Attraverso la sua tecnologia, Cryo Pur offre una risposta innovativa alle tre principali sfide affrontate dalla nostra società, ovvero il cambiamento climatico, l’inquinamento atmosferico e le questioni legate alla dipendenza energetica.

Con la sua esperienza unica e il suo “savoir-faire”, consolidati con l’avviamento dei due primi impianti integrati di upgrading e liquefazione di biogas in Europa, il team Cryo Pur consta di 28 ingegneri, ricercatori e tecnici in grado di unire l’eccellenza scientifica con la progettazione industriale dinamica, per offrire soluzioni tecniche affidabili e rispondere al meglio alle esigenze del mercato italiano.

Il mercato italiano è strategico per Cryo Pur, che ha aperto un ufficio commerciale dedicato a Verona e prevede a breve la creazione di una filiale per l’attività di supporto tecnico agli impianti.

By | 2018-11-27T12:01:13+00:00 27 novembre 2018|Articoli, Tecnologie-applicate|Commenti disabilitati su Upgrading del biogas e liquefazione della CO2 e del biometano