le tecnologie per la purificazione del biogas: costi e ... · le tecnologie per la purificazione...

Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.

IL BIOMETANO : un’opportunità per le

aziende agro-zootecniche

6 marzo 2014FIERA - CREMONA

CONVEGNO

Le tecnologie per la purificazione del biogas:costi e possibilità

Le tecnologie per la purificazione del biogas:costi e possibilitàSergio Piccinini, Claudio FabbriCentro Ricerche Produzioni AnimaliReggio Emilia

Le tecnologie perla purificazionedel biogas

Il biometano: un’opportunità per le aziende agro-zootecnicheFiera - Cremona, 6 marzo 2014

2

Alcune definizioniAlcune definizioni

• Pulizia del biogas: rimozione di acqua, H2S e tracce di contaminanti indesiderati (polveri, silossani, ammoniaca…)

• Upgrading: rimozione di CO2 per raggiungere glistandard qualitativi richiesti dalla rete del gas e gliusi come biocombustibile

• Biometano: biogas raffinato per l’immissione in rete o l’uso come biocombustibile



3

Principio fondamentalePrincipio fondamentale

Metano (CH4)

Biossido dicarbonio (CO2)Acqua (H2O)

Idrogeno solforato (H2S)

Ossigeno (O2)

Azoto (N2)

Ammoniaca (NH3)

Silossani ((R2SiO)n)

Polveri

Pulizia Upgrading

Biometano

Produzione EE + ET

Rete +

biocombustibile

Biogas

(Prasad Kaparaju, 2013)



4

Pulizia biogas: principali tecniche

•Desolforazione biologica

• Aggiunta di Cloruro Ferroso o Ferrico(FeCl2 –FeCl3)

•Carboni attivi impregnati

•Ossido o idrossido di ferro

•Lavaggio con idrossido di sodio

H2S

•Raffreddamento a 2-5°C per H2O o -23°C per silossani

•Carboni attivi, gel di silice

•Adsorbimento con glicolati e rigenerazione

•Setacci molecolari

H2O

Silossani

Ammoniaca

(Prasad Kaparaju, 2013)



5

Tecniche di UpgradingTecniche di Upgrading



6

AbsorbimentoAbsorbimentoI gas inquinanti presenti nel flusso di biogas sono disciolti in unsolvente liquido successivamente rigenerato. Viene definitoanche processo di «Washing» o «Scrubbing»:

• Absorbimento fisico: il composto gassoso è fisicamente absorbito inun fluido solvente non reattivo. La CO2 è 55 volte più solubile del CH4. Lasolubilità aumenta all’aumentare della temperatura e al decrescere dellatemperatura

• Absorbimento chimico: il composto gassoso reagisce chimicamentecon il solvente liquido



7

Adsorbimento: pressure swing adsorption (PSA)Adsorbimento: pressure swing adsorption (PSA)La tecnologia sfrutta la capacità di diversi materiali adsorbenti (carboni attivi, zeoliti, setaccimolecolari) di ritenere selettivamente diverse molecole a pressioni differenti. Visto che CH4 hauna dimensione di 3.8 Å e CO2 3.4 Å vengono separate con un adsorbente con porosità di 3.7 Å.Adsorbimento avviene in genere a 7-10 bar, il desorbimento a 2-4 bar. Semplicità costruttiva,adattamento a piccole taglie e dimensioni compatte.

97-98% di CH4nel biometano

H2S e H2O devonoessere separate primaper evitare corrosionie occlusioni

0,5-2% di CH4 nel gasdi coda, superiori incaso di cattivo funz.

(Courtesy: ISET, 2008)



8

Absorbimento fisico: water scrubbingAbsorbimento fisico: water scrubbing

E’ una delle tecnologie maggiormente diffuse, può essere installata con e senzarecupero dell’acqua di lavaggio e opera anche a piccole taglie. L’absorbimento puòavvenire in torri a flusso equicorrente, controcorrente o incrociato.


H2S deve essereseparato prima perevitare corrosioni

0,5-2% di CH4nel gas di coda

(Courtesy: ISET, 2008)



9

Absorbimento fisico: solventi organici(PEG – Polyethylene glycol)Absorbimento fisico: solventi organici(PEG – Polyethylene glycol)

E’ una tecnologie simile a quella con scrubber ad acqua, ha il vantaggio che CO2 e H2Ssono maggiormente solubili nel PEG e quindi dimensioni e consumi energetici sonoinferiori. Ottimizza anche la deumidificazione



1-4% di CH4nel gas di coda



10

Absorbimento chimico: ammine (MEA e DMEA) o soluzione di potassio carbonatoAbsorbimento chimico: ammine (MEA e DMEA) o soluzione di potassio carbonato

Tecnologia molto complessa, ad alta efficienza (impianto + piccolo) ma non separa N2.Opera a pressioni molto basse grazie all’alta affinità MEA/DMEA-CO2. Solventerigenerata con processo termico

99% di CH4nel biometano


0,1-0,2% di CH4nel gas di coda



11

MembraneMembraneTecnologia semplice, sfrutta la selettività di una membrane alle diverse molecole. Ladifferenza di pressione parziale dei diversi gas attraverso la membrana è il parametropiù importante. Lavorano ad alte pressioni (25-40 bar) o basse pressioni (9 bar). Lemembrane possono essere a base di polimeri o acetato di cellulosa: discreti costi dimanutenzione. Elevata flessibilità impiantistica



10-12% di CH4nel gas di coda



12

Tecnologia criogenicaTecnologia criogenica

Tecnologia che sfrutta il punto di ebollizione dei gas (CO2 ‐78 °C, CH4 ‐160 °C): ilbiogas viene raffreddato fino al punto in cui la CO2 condensa e può essere separatacome liquido. Tecnologia costosa, energeticamente dispendiosa, applicazionerelativamente rara.

90% di CH4nel biometano


0,5-2% di CH4nel gas di coda



13

Gas di coda!Gas di coda!Il gas di coda difficilmente può essere combusto in torcia senza ilsostentamento di gas naturale o biogas.Le perdite di metano devono essere limitate al massimo per noteragioni economiche e ambientali.

Il gas di coda può:• essere miscelato con biogas per essere utilizzato in cogenerazione• essere trattato per ossidazione termica (sistemi di ossidazione

senza fiamma)• essere trattato per ossidazione catalitica• essere trattato ulteriormente con un secondo passaggio in

membrana• essere trattato per recuperare CO2 e/o essere integrato in sistemi

Power-to-gas



14

Comparazione tecnologicaComparazione tecnologicaWater

scrubber MEA/DMEA PSA Membrane Criogenico

Pressione di lavoro 7-10 1 4-7 8-10 25-40

Purezza massima (%) 94 90 91 98 98

Perdite di CH4 (%) <2 <0.1 <2 nd <2-10

Deumidificazione preliminare si si no no no

Desolforazione preliminare no si si si si

Operatività annua (%) 96 91 94 98 98

Costo energetico (kWh/m3 biometano) 0,43 0,646 0,335 0,769 nd

Costo complessivo (€/m3

biometano) 0,13 0,17-0,28 0,25 0,12-0,22 0,44



15

> 230 impianti di upgradingcirca 70% inietta ilBM nella rete del gas naturale

> 1 miliardo m3 BM /anno 0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Num

ber

Pojects planned

Operating Plants

IN EUROPA

a dicembre 2013:

Stato dell’arte biometano in EuropaSituazione 2013



16

Potenzialità biometano in UE



17

Potenzialità del biogas/biometano in ItaliaCirca 8 Miliardi m3 di CH4/anno o circa 3300 MWePotenzialità del biogas/biometano in ItaliaCirca 8 Miliardi m3 di CH4/anno o circa 3300 MWe

StimaCIB 2013



18

Possibili applicazioni nel settore agro-zootecnicoEsempi virtuosi



19




20




21

Partners:• ASTER – coordinamento. Comunicazione e divulgazione, misure strategiche• CRPA – partner scientifico. Analisi e monitoraggio, misure strategiche• SAFE – progettazione e costruzione impianti upgrading• HERA, IREN – gestione degli impianti, produzione e distribuzione biometano• RER – cofinanziatore

Il Progetto BIOMETHERIl biometano in Regione Emilia-Romagna

Il Progetto BIOMETHERIl biometano in Regione Emilia-Romagna

Azioni:•Realizzazione di due impianti dimostrativi per l’upgrading di biogas e produzione di biometano per distribuzione in rete e per l’autotrazione. •Misure Strategiche (network “biometano”, scenari, linee guida, orientamento del sistema normativo/pianificatorio regionale)

Centro Ricerche Produzioni Animali – C.R.P.A. S.p.A.

IL BIOMETANO : un’opportunità per le

aziende agro-zootecniche

6 marzo 2014FIERA - CREMONA

CONVEGNO

[email protected] [email protected]

Grazie per l’attenzioneGrazie per l’attenzione

le tecnologie per la purificazione del biogas: costi e ... · le tecnologie per la purificazione...

Documents