Combustibili “green” dal brevetto ENEA sul trattamento con energia rinnovabile dei rifiuti a matrice carboniosa
L’invenzione industriale che è stata sviluppata vuole affrontare diverse problematiche di grande attualità nella transizione ecologica: decarbonizzazione del sistema energetico, sfruttamento delle fonti rinnovabili, produzione di combustibili “verdi”, gestione dei rifiuti nel rispetto dell’ambiente.
A tal fine è stato brevettato un nuovo processo che permette di trattare rifiuti solidi di vario genere a matrice carboniosa (ad es. rifiuti solidi urbani, biomasse, materiali plastici non riciclabili) senza che il trattamento comporti emissioni gassose inquinanti (gas di combustione, diossine, ecc.) nell’ambiente; al tempo stesso, il processo consente di convertire il materiale solido in combustibili gassosi “puliti”, come idrogeno e/o metano, il cui valore energetico è superiore a qualsiasi combustibile direttamente ricavabile dal rifiuto stesso (ad es. combustibile da rifiuto, CDR).
A differenza dei comuni processi di gassificazione e combustione, il processo si basa su un’operazione di “idrogassificazione” che consiste nel trattare il rifiuto grezzo (anche umido) con idrogeno. Il trattamento richiederà pertanto la somministrazione d’idrogeno. Tale idrogeno è generato all’interno dello stesso processo mediante un processo di steam reforming di nuova generazione alimentato mediante energie rinnovabili e senza combustione, quindi ad “emissioni zero”.
Nel complesso, il processo consente di recuperare energia dai rifiuti misti a base carboniosa (anche indifferenziati) e produrre, a discrezione, idrogeno e/o metano. Tali prodotti (H2 e CH4) sono da considerarsi come “combustibili verdi”, perché ottenuti con l’utilizzo di una fonte energetica rinnovabile (ad es. energia solare e rifiuti [1]) e senza comportare l’emissione di inquinanti nell’ambiente.
Nella figura è mostrato uno schema semplificato. Il trattamento del rifiuto a matrice carboniosa (qui indicato con la formula generica CxHyOz) può essere interamente destinato alla produzione di idrogeno, a una produzione mista di idrogeno e metano, oppure alla generazione del solo metano (ad es. da immettere nell’attuale mercato energetico, rete gas o per la mobilità). Di fatto, l’idrogassificazione permette di convertire il rifiuto in metano (CH4) utilizzando idrogeno. Il metano viene poi trattato in un processo di reforming termo-catalitico sostenuto con calore proveniente da fonti rinnovabili (reforming elettrico oppure reforming solare). Si ottengono quindi i seguenti prodotti:
- - CO2 in forma concentrata che, differentemente da quella ottenuta dai normali processi combustione, è facilmente separabile per essere eventualmente trasportata e riutilizzata;
- - Idrogeno (H2), parte del quale andrà ad alimentare (come reagente) il processo di idrogassificazione, mentre eventuali eccessi rappresenteranno il combustibile pulito generato dal processo, che potrebbe essere immesso in un mercato emergente fortemente promosso dal piano di resilienza, ad es. nel settore della mobilità sostenibile.
Va evidenziato che lo stesso impianto potrà essere utilizzato sia nel caso in cui la produzione venga indirizzata al solo idrogeno che in quello di produzione esclusiva di metano. È anche possibile ottenere miscele metano/idrogeno a composizione controllata.
Il problema del processo tradizionale di termovalorizzazione dei Combustibili da Rifiuto (CDR) deriva dalla limitazione all’uso di materiali privi di cloro perché questi ultimi nella combustione sono tra i principali responsabili della formazione di diossine; l’utilizzo dell’idrogassificazione a basse temperature (sotto i 500 °C) dovrebbe ridurre o eliminare del tutto il problema delle diossine.
Dal bilancio energetico si può ricavare che l’energia immagazzinata nei combustibili gassosi prodotti (in termini di potere calorifico dell’idrogeno e/o metano) è superiore a quella del Combustibile da Rifiuto (CDR) ottenibile dallo stesso rifiuto grezzo. Tale guadagno energetico immagazzinato nel combustibile deriva da fonti rinnovabili (ad es. energia solare). In conclusione, quindi, il processo permette di valorizzare i rifiuti fino al punto di ottenere combustibili “green” e al tempo stesso vettori di energie rinnovabili.
[1] secondo la normativa italiana, tra le fonti rinnovabili vengono incluse anche le biomasse e i rifiuti inorganici e organici.