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Pirolisi - Cosa è
19.06.2011 | Author: Marco Rodella | Rev.197.06.2011 | Rif.:11061901
La pirolisi è un processo di decomposizione termochimica dei materiali organici, avviene con l'applicazione del calore ma in totale assenza di agenti ossidanti come, appunto, l'ossigeno.
Riscaldando i materiali in presenza di ossigeno avviene quel fenomeno conosciuto da tutti come combustione che nello sviluppare ulteriore calore, a sua volta, produce composti gassosi ossidati. Lo stesso procedimento effettuato in condizioni di assenza di ossigeno e in un'ambiente con pressione inferiore a quella atmosferica di circa 10 mm di mercurio, si provoca nei materiali la scissione dei legami chimici originari con la conseguente formazione di molecole più semplici. Il calore generato dal processo di pirolisi viene sfruttato per scindere i legami chimici, tale pratica viene definita omolosi termica indotta.
Il processo di pirolisi viene anche illustrato come un processo che sfrutta indirettamente l'energia solare, questo perchè tutti i vegetali solitamente utilizzati in tale processo, esistono proprio grazie allo sfruttamento del sole. E' ovviamente una forzatura concettuale anche se parzialmente vera ma è certo che questo processo comporta il vantaggio che avvenendo senza la combustione diretta dei rifiuti e nell'assenza di ossigeno, non forma diossina, furani o altre sostanze velenose.
Pirolisi - Come funziona
Nel trattamento dei rifiuti si utilizzano processi di pirolisi con temperature comprese fra i 400° e 800° (contro i 1300 °C degli inceneritori), in questa situazione vengono convertiti i materiali allo stato solido in altri solidi (coal o char da pirolisi), liquidi (tar, olio di pirolisi) e/o gassosi (syngas e altri gas a basso peso molecolare) utilizzabili come combustibili o materie prime idonee per ulteriori processi chimici.
Il residuo carbonioso solido può venire ulteriormente raffinato per ottenere altri prodotti fra cui il carbone attivo.
I metodi di pirolisi possono essere veloci, lenti o convenzionali; combinati con gli opportuni parametri di reazione creano prodotti gassosi, liquidi o solidi.
E' bene precisare che la tecnica utilizzata dal gassificatore, a differenza del pirolizzatore, avviene in presenza di ossigeno seppur in quantità ridotte, questo comporta una parziale ossidazione dei materiali trattati, tale tecnica si colloca fra quella dell'inceneritore e del pirolizzatore.
Fra i problemi relativi alla produzione di energia con prodotti provenienti dai processi di pirolisi, vi è la difficoltà di averne una quantità sufficiente e costante per alimentare le turbine a gas o i motori diesel. Ove è possibile superare questo ostacolo il sistema più idoneo è quello basato su cicli combinati, per esempio, con olio pirolitico. Nei piccoli impianti sono solitamente utilizzati motori diesel che possono essere completamenti alimentati da prodotti di pirolisi.
La pirolisi diretta applicata in apparecchiature come quelle a caldaia, comporta lo scambio di calore tra i gas di combustione ed i fluidi del circuito di processo (acqua, olio diatermico, ecc.). Si ottengono buoni risultati con la combustione pirolitica di prodotti e residui agricoli, l'utilizzo di combustibili ricchi di glucidi strutturali (cellulosa e lignina)
I risultati migliori si ottengono con la combustione di prodotti e residui agricoli contenenti acqua in quantità inferiore al 35% e con sostanze ricche di glucidi strutturali (cellulosa e lignina).
Fra i materiali più usati troviamo:
-leganame (in ogni forma)
-paglie di cereali
-residui di raccolta (come quelli dei legumi secchi)
-residui di piante oleaginose (ricino, cartamo, ecc.)
-residui di piante da fibra tessile (cotone, canapa, ecc.)
-residui legnosi di potatura di piante
-residui delll'industria ago-alimentare
Fra le applicazioni che ricevono l'attenzione maggiore, troviamo le caldaie a letto fluido, nonostante sia la tecnica più sofisticata e conseguentemente costosa è quella che permette la massima riduzione di inquinanti e un'elevato redimento di combustione.
La pirolisi può essere a sua volta una parte di processo nei trattamenti meccanico-biologici e/o digestioni anaerobiche.
Il costo di realizzazione di un pirolizzatore è pari a quello di un termovalorizzatore, tuttavia il primo impianto è in grado di gestire nel suo globale il ciclo integrato dei rifiuti, questo significa che nel ciclo complessivo, il costo dell'impianto si abbatte.
Per essere economicamente vantaggioso un'inceneritore deve trattare almeno 300.000 tonnellate di rifiuti che finiscono spesso per essere appositamente creati disincentivando la raccolta differenziata o le altre tecnologie per il loro smaltimento/riutilizzo sicuro.
Gli impianti di pirolisi, invece, possono avere tagli di dimensioni ridotte e adattabili alle singole realtà in cui vengono inserite.
Pirolisi - Risvolti tecnici
Nell'industria i processi di pirolisi sono meglio conosciuti come cracking o termoscissione, sono solitamente utilizzati per ottenere idrocarburi paraffinici leggeri derivanti dalla rottura delle molecole di quelli pesanti.
Pirolisi
Raffreddando la condensazione della componente gassosa deposita un residuo oleoso definito tar. I prodotti gassosi sono prevalentemente costituiti da CO, H2, CH4 e altri idrocarburi di basso peso molecolare e sono generalmente ottenibili in un quantitativo complessivo pari al 70% in massa dei rifiuti immessi.
Pirolisi - Come funziona
Le principali logiche che ricorrono nel sistema di pirolisi applicata nei terreni, consistono nella distruzione e rimozione dei contaminanti.
Le molecole organiche si scindono in composti a peso molecolare più basso, poi gli inquinanti sono desorbiti dal terreno, lasciando il sistema senza essere distrutti.
Si procede allo scavo del terreno contaminato e poi alla eliminazione del materiale di grosse dimensioni, quali ciottoli o rami. La sequenza può includere uno stadio aggiuntivo di desorbimento. I gas così prodotti sono inviati al sistema di trattamento o al recupero, mentre la matrice risultante passa al processo di pirolisi.
Biochar, Agrichar, carbone agricolo sono prodotti naturali della pirolisi di biomasse composte da rifiuti vegetali e altri scarti organici.
Si ottiene un materiale simile a fine carbonella molto ricco di carbonio organico, combinato con carbone, condensato di bio-oli, cenere e catrame.
La composizione di questo nuovo materiale lo rende idoneo all’assorbimento di CO2 e gas responsabili dell’effetto serra, che vengono assorbiti dall’atmosfera e fissati al suolo in maniera stabile. La CO2 così catturata viene trattenuta nel terreno, contribuendo a rendere il Biochar un substrato nutriente che riduce, o addirittura annulla, il fabbisogno di fertilizzanti, migliora la resa del suolo e rende più efficienti le colture tradizionali.
Il Biochar incrementa i raccolti, migliora la qualità del terreno e riduce l’impatto ambientale dell’agricoltura e al tempo stesso contribuisce ad attenuare il riscaldamento globale. La sua produzione combinata con l’utilizzo di biocarburanti ha un bilancio positivo che garantisce 3-9 volte più energia ottenuta di quanta ne è stata spesa.
La sua presenza nei terreni di coltura ne abbassa il pH, previene la lisciviazione dei nutrienti mantenendoli disponibili più a lungo e aumenta il trattenimento dell'acqua. Tutto questo migliora la resa del substrato riducendo conseguentemente l’impiego di fertilizzanti ma anche l’emissione del suolo di protossido d’azoto e metano, dannosi per l’atmosfera. I terreni sfruttati o poco fertili possono essere drasticamente trasformati con l’aggiunta di Biochar.
L’aggiunta di Biochar all’alimentazione degli animali contribuirebbe a ridurne le emissioni di metano (un po’ come avviene con il carbone attivo per uso umano) e migliorerebbe il potere concimante del letame, oltre a renderlo meno odoroso.
L'attuale politica agricola prevalente delle aree in disboscamento, tende allo sfruttamento intensivo delle aree che vengono poi abbandonate per passare a una nuova area. Le aree disboscate infatti, contrariamente a quello che si tende a pensare, non sono molto fertili, richiedono molti nutrienti chimici e si esauriscono in fretta. Un uso metodico dei processi di pirolisi permetterebbe invece di poterli sfruttare in modo forse meno intensivo (cosa peraltro non sempre vera) ma duraturo.
Impieghi pratici
Al momento si lavora sulla possibilità di aprire impianti locali centralizzati a livello regionale, sulla fornitura di sistemi a piccoli gruppi di agricoltori e su forni mobili a bordo di speciali camion.
A seconda delle esigenze specifiche della zona può essere adottato uno di questi metodi, che restano comunque allo studio limitatamente a poche zone rurali.
Pirolisi - Prodotti indiretti
Ci sono variazioni delle tecnologie che permettono di ottenere diesel sintetico dalla plastica con processi pirolitici a temperature fra i 370-420 °C.
Fra le tecniche per la produzione di carburanti di seconda generazione, troviamo il pre-trattamento della biomassa vegetale con pirolisi flash atte a ottenere olio combustibile. Poichè questo sistema richiede notevoli quantità di biomassa, si tende a trattarla direttamente nei luoghi di raccolta sia per ridurre i costi che per ottimizzare il flusso dal luogo di produzione al luogo di trattazione ove si produce il carburante.
Il metodo bioliq richiede invece il trattamento in centrale. Il biosyncrude è l'olio ottenuto nella fasse intermedia ed ha un'alta densità che, come tutti prodotti concentrati, permette di ridurre i costi di trasporto.
I vari processi permettono di produrre prevalentemente carburanti come diesel, idrogeno, alcol e metanolo.
Il bio-olio combustibile può essere bruciato direttamente o convertito in diesel pulito o nella produzione di metanolo o idrogeno produce particolato è corrosivo per l’acciaio e ha un elevato contenuto di vapore acqueo che potrebbe danneggiare l’accensione dei macchinari, inoltre contiene particelle che potrebbero bloccare gli iniettori.
Più che utilizzato direttamente esprimerebbe al meglio il suo potenziale una volta raffinato e suddiviso in preziose ed utili sostanze chimiche, e solo dopo utilizzato come combustibile o trasformato in Syngas.
Pirolisi - Non è la soluzione
La Pirolisi non è la soluzione del problema rifiuti, perchè in realtà è solo un inceneritore che utilizza una delle tecnologie più sofisticate per distruggere i rifiuti ottenendo alcuni prodotti che compensano in piccola parte quelli distrutti.
Come tutti i trattamenti di combustione produce altri elementi dannosi per l'ambiente perchè non smaterializza le masse, ma semplicemente le trasforma in altre meno voluminose.
Tutti i sistemi che tentano la distruzione dei rifiuti distruggono anche materie che possono essere riutilizzate o riciclate, se non lo sono è perchè sono state progettate o costruite male.
Ogni materia distrutta, comporta l'utilizzo di nuovo petrolio o altre materie combustibili, il fatto che da questo processo si ottengano alcuni prodotti combustibili è illusorio e può trarre in inganno i meno informati facendo loro credere che questo sistema sia la soluzione definitiva e miracolosa.
