Conversione di biomasse residuali in biometano in un ciclo energetico sostenibile. Caratterizzazione e upgrading del biogas.

Nell'ambito di uno sviluppo energetico sostenibile si è studiato un processo che permetta l'integrazione di fonti rinnovabili intermittenti (eolico, fotovoltaico ecc.) con risorse rinnovabili programmabili, come le biomasse, sotto il controllo, supervisione e comando di un sistema intelligente di gestione dei flussi di energia, la micro-grid. Un sistema di questo tipo permette di equilibrare la domanda e l'offerta di energia pianificando il livello di produzione necessario e ottenendo un aumento dell'efficienza e del risparmio energetico. Il progetto di ricerca nell'ambito nel quale viene sviluppata la presente tesi consiste nella produzione di biogas mediante la digestione anaerobica di biomasse residuali. Il biogas prodotto può essere sottoposto a purificazione e raffinazione con un processo denominato upgrading che consente di ottenere un gas con un'alta percentuale di bio-metano CH4 (95-98%) e residua anidride carbonica (CO2). Il bio-metano è immagazzinato e può essere immesso direttamente nella rete di distribuzione oppure può essere inviato in una cella a combustibile SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) per la produzione di elettricità destinata alla micro grid esistente. Tramite un processo di metanazione la CO2 derivante dal processo di upgrading del biogas è combinata con l'idrogeno (H2) prodotto da un processo di elettrolisi ad alta efficienza alimentato da fonti di energia rinnovabili intermittenti. Lo scopo finale del processo di metanazione, che può raggiungere fattori di conversione superiori al 90%, è quello di produrre gas naturale sintetico, bio-SNG, che rispetti le specifiche necessarie per l'immissione nella rete di distribuzione nazionale. Anche in questo caso il bio-SNG ottenuto viene immagazzinato ed è inviato nella rete di distribuzione oppure nella cella a combustibile SOFC. La tesi comprende una parte sperimentale iniziale di prove di upgrading di una miscela di metano, anidride carbonica e ossigeno che simula il biogas che sarà prodotto nel caso specifico dalla digestione anaerobica di biomassa residuale derivante dalla coltivazione canapa. L'obiettivo è quello di studiare un processo su scala pilota in modo da definire il design dell'impianto di upgrading da abbinare al processo di digestione. Il processo di rimozione della CO2 avviene mediante assorbimento chimico con una soluzione di NaOH a concentrazione nota. Il biogas purificato è successivamente analizzato con gas cromatografo per verificare che il processo di upgrading sia avvenuto correttamente e che il metano ottenuto abbia i requisiti tali da poter essere immagazzinato e successivamente immesso nella rete di distribuzione o impiegato per altri scopi.