Liquefazione idrotermale: un processo emergente per l’ottenimento di bio-liquidi di interesse energetico da fanghi di conceria – Ruolo di alcuni parametri operativi
Pubblicato su CPMC 2/2021 – Nuove strategie e tecnologie per l’impatto ambientale
a cura di Fabio Montagnaro, Francesca Di Lauro, Marco Balsamo e Daniela Caracciolo
Il 14 e 15 aprile 2021 si terrà il 10° European Combustion Meeting, in virtual edition. La Stazione Sperimentale Industria Pelli e l’Università degli Studi di Napoli Federico II parteciperanno al convegno presentando un lavoro dal titolo: “Outline of a process for the Hydrothermal Liquefaction of a tannery sludge for biofuel production”. F. Di Lauro, M. Balsamo, R. Solimene, R. Migliaccio, D. Caracciolo, P. Salatino, F. Montagnaro.
La liquefazione Idrotermale (HTL), anche definita pirolisi idrotermale, è un processo di depolimerizzazione termica della biomassa volta ad ottenere petrolio greggio, a volte denominato bio-olio o biocrudo, in condizioni di temperature moderate (200–350 °C) ed alte pressioni (40–200 bar), imitando in tal modo le condizioni geologiche che la Terra utilizza per creare il petrolio greggio. Il bio-olio ottenuto può essere successivamente trattato mediante le convenzionali operazioni di raffinazione del petrolio.
Tra i vari processi termochimici adottati per generare vettori energetici dai fanghi (ex. gassificazione, pirolisi) l’HTL sta guadagnando un grande interesse in quanto consente di sfruttare il contenuto di acqua dei fanghi per la produzione di biocrudo, evitando potenzialmente la fase di disidratazione altamente energivora. L’HTL, infatti, consente di trattare materiali ad alta umidità, in un processo in cui l’azione dell’acqua e della pressione consente di degradare la biostruttura di partenza: i frammenti generati, instabili e reattivi, possono poi ristrutturarsi nello stesso ambiente, per dar luogo a bioliquidi di interesse energetico.
Nel dettaglio, durante il processo HTL le condizioni operative sopra definite, portano l’acqua in condizioni subcritiche, facendo assumere a quest’ultima le caratteristiche di un solvente polare organico per specie organiche, solubilizzando la matrice organica presente nella biomassa (nel nostro caso fanghi) e determinando la scissione idrolitica dei bio-componenti per generare frammenti reattivi che, nello stesso ambiente di reazione si ricombinano per produrre il biocrudo (prodotto target) insieme a una fase acquosa, ad una fase gassosa e ad un residuo solido come coprodotti. L’acqua funge dunque da catalizzatore e mezzo di reazione.
Data la natura altamente eterogenea e complessa della matrice di partenza, i meccanismi di reazione che hanno luogo durante il processo non sono stati ancora chiariti in letteratura. Tuttavia, è possibile schematizzare il processo in tre fasi principali: i) idrolisi/depolimerizzazione della biomassa a formare monomeri ii) decomposizione termo-chimica dei monomeri a formare intermedi attraverso reazioni di deidrogenazione, decarbossilazione, deaminazione, iii) riarrangiamento/ricombinazione dei frammenti reattivi attraverso ri-polimerizzazione, condensazione e ciclizzazione, con formazione di bio-olio e biochar.
L’ottimizzazione del processo è volta ad aumentare la resa e la qualità del biocrudo rispetto alle altre fasi che si formano durante il processo (biogas e biochar), questo perché per molte applicazioni, l’energia è richiesta in forma liquida, soprattutto per applicazioni nel campo del trasporto, dove ottenere un combustibile liquido ci permette di integrarlo facilmente nella filiera di produzione dei combustibili che è già ampiamente consolidata sul mercato. Inoltre, la liquefazione idrotermale è anche un modo per aumentare la sua densità energetica della biomassa grezza, generalmente piuttosto bassa. Al contrario, il bio-crudo ottenuto a valle del processo è arricchito in C (e impoverito in O, N, H) rispetto al fango genitore, e di conseguenza presenta una maggiore densità energetica. Questo influisce direttamente sulla sostenibilità economica del processo.
Tale processo risulta di particolare interesse per il trattamento di fanghi conciari, infatti per tali fanghi, speciale attenzione va posta nel prevenire l’ossidazione del cromo in essi contenuto in alte concentrazioni, dallo stato trivalente a quello esavalente. Per tale motivo in questo caso si preferiscono tecniche che non puntano all’ossidazione completa della matrice organica del fango (come ad es. accadrebbe mediante combustione), ma piuttosto alla produzione di un prodotto intermedio liquido (come nel caso HTL).
a cura di Daniela Caracciolo, Coordinatore scientifico del Dipartimento Tecnologie per l’Ambiente di SSIP
Pubblicato il: 1 Apr 2021
