Massimo Serra ingegnere, si occupa di progettazione, costruzione e collaudo di impianti industriali, sia per conto di aziende pubbliche che per conto di aziende private. Ha ricoperto numerosi incarichi col ruolo di progettista e direttore dei lavori nella realizzazione di impianti industriali, tra i quali la costruzione dell’impianto di compostaggio di Cagliari, prossimo all’avvio.

Abbiamo pensato di intervistarlo per spiegare la grande innovazione tecnologica che ha portato Cagliari all’avanguardia nel mondo per una vera energia rinnovabile che, a differenza dei piloni eolici e del fotovoltaico, non consuma suolo né utilizza terre rare ma è la vera alternativa di sviluppo.

Massimo puoi spiegarci se il rifiuto organico è davvero una risorsa che può produrre energie e metano a zero emissioni?

La frazione organica dei rifiuti solidi urbani (FORSU) è da tempo considerata una risorsa dalla quale ottenere biogas utile come combustibile.

Il biogas è ottenuto attraverso il processo di biodigestione anaerobica all’interno di un reattore, il biodigestore anaerobico, che opera in ambiente privo di ossigeno grazie all’azione di batteri che, a determinate condizioni di pressione e temperatura, sono in grado metabolizzare il rifiuto organico che sarà trasformato in una miscela di gas (biogas) la cui composizione varia a seconda delle caratteristiche della FORSU. Il biogas è composto principalmente da metano (CH4) almeno il 50% del totale in volume, anidride carbonica (CO2) circa il 40%, acido solfidrico (H2S) normalmente dallo 0,02% al 0,2%, tracce di altri gas (H2, NH3, O2, N2), vapore acqueo. Oltre al biogas il processo produce una parte liquida, il digestato, che sarà estratto dal reattore per mezzo di un sistema di pompaggio volumetrico. Il digestato, opportunamente miscelato con materiale fibroso che lo renda gestibile, si trasforma in compost attraverso un processo ossidazione.

Il biogas prodotto può essere utilizzato per la produzione di energia per mezzo di un impianto di cogenerazione in grado di produrre energia elettrica e calore. Così come era previsto nel progetto originario.

Come avviene a Cagliari la produzione di biometano da FORSU?

Il biogas può essere sottoposto ad un processo di purificazione per ottenere biometano (upgrading del biogas), gas di caratteristiche qualitative simili al gas naturale (metano) se non migliori. Infatti, nel biometano c’è il 97,5 % di CH4, nel gas naturale siamo – a seconda della provenienza – intorno al 93 %.

Ci sono diversi processi che permettono di ottenere il biometano dal biogas, uno di questi è basato sulla tecnologia a membrane.

L’opportunità di utilizzare il biogas tal quale, oppure, sottoporlo ad un processo di upgrading per ottenere del biometano, è dettata dalla possibilità offerta dal biometano di essere assimilato al metano, quindi, di poter essere utilizzato dagli stessi utenti del metano, infatti, il biometano può essere immesso nelle stesse reti di distribuzione del metano, se esistenti, oppure può essere distribuito anche per mezzo di carri bombolai ad utenze prossime.

Quindi con questo sistema è possibile non solo il Recupero ma anche la valorizzazione della CO2?

C’è un altro aspetto rilevante nella scelta di utilizzare il biometano piuttosto che il biogas, infatti, il biometano è il risultato di un processo che permette di separare il metano dagli altri gas componenti la miscela biogas, tra questi la CO2, presente in quantità mediamente del 40%.

La CO2, normalmente, è liberata in atmosfera, benché con la FORSU la CO2 liberata è quella contenuta nelle sostanze organiche presenti, ossia CO2 sintetizzata nel processo di produzione di tali sostanze (prevalentemente prodotti alimentari), quindi è <<restituita>> all’ambiente, pertanto il bilancio è in pareggio, in alternativa, c’è la possibilità di recuperare la CO2 per un successivo utilizzo.

A tale scopo, tra le possibili soluzioni, si può valutare l’utilizzo della CO2 nella coltivazione in serra di ortaggi o altre colture, si parla di <<concimazione carbonica>>.

La tecnica è già in uso da diversi anni con risultati interessanti, soprattutto per quanto riguarda la velocità di crescita della pianta.

Una soluzione possibile è quella di utilizzare la CO2 recuperata dal processo di upgrading direttamente in coltivazioni prossime all’impianto di upgrading, mediante una rete di distribuzione gestita da un sistema di controllo in grado di regolare la portata di CO2 in funzione dei parametri necessari, tra i quali l’intensità luminosa.

In tal caso si riducono sia i costi di stoccaggio/imbottigliamento che i costi di trasporto, a fronte di una maggior spesa per la rete di distribuzione che, con questi presupposti, avrebbe comunque un costo ragionevole.

Quali sono le altre possibili soluzioni di recupero e valorizzazione della CO2, una volta separata dal biometano e opportunamente purificata (a diversi gradi di purezza a seconda dell’utilizzo)?

Industria alimentare

La CO2 è utilizzata nel settore alimentare nei diversi stati di aggregazione (gas, liquido, solido), sia come coadiuvante in alcuni processi, sia come additivo alimentare, in tal caso è indicata anche col codice E290.

Alcuni processi o fasi che prevedono l’utilizzo della CO2 sono:

• Confezionamento in atmosfera protettiva. Consiste nell’eliminazione dell’aria all’interno della confezione e nella sua sostituzione con CO2 o una miscela di gas contenete CO2.
• Surgelazione. Si utilizza la CO2 liquida perché consente un rapido abbassamento delle temperature, permettendo l’ottima conservazione delle proprietà del prodotto.
• Trasporto. È utilizzata la CO2 solida cogliendo il vantaggio della sublimazione (passaggio dalla fase solida a quella gassosa), quindi evitando la formazione indesiderata di liquido.
• Estrazione della caffeina. La CO2 è utilizzata come solvente. Diversamente da altri solventi per l’estrazione della caffeina dal caffè, la CO2 riduce il problema dei residui, tipicamente lasciati dagli altri solventi.

È chiaro che la CO2 per i suddetti utilizzi deve avere un elevato grado di purezza (assenza di microinquinanti provenienti dal processo di digestione anaerobica), quindi la produzione per tali scopi non è sempre economicamente conveniente, non tanto per il processo di purificazione in sé, quanto per la sua certificazione. Quest’ultima può richiedere tante analisi, ad una frequenza tale da ridurre l’economicità della produzione per piccoli quantitativi.

D’altra parte, va notato che la produzione di anidride carbonica “naturale” (quasi totalmente fossile) attualmente sta incontrando dei problemi, principalmente di natura geopolitica, che hanno portato ad una scarsità di prodotto sul mercato mondiale con una conseguente lievitazione del prezzo; va quindi attentamente studiato il bilancio fra costi e potenziali ricavi per ogni caso specifico.

Utilizzo industriale

Molti sono i possibili utilizzi industriali dell’anidride carbonica; per ognuno di questi il grado di purezza e le modalità di certificazione sono differenti, comunque meno gravose che per l’utilizzo alimentare e tali da rendere quasi sempre conveniente il recupero anche per modesti quantitativi.

Va inoltre osservato che il trasporto dell’anidride carbonica, come di tutti i gas tecnici, ma ancora più per la CO2 essendo un gas “povero”, è normalmente gravoso dovendo essere effettuato in bombole che, dato il loro peso (tara), limitano la capacità di carico utile del singolo trasporto.

Poter quindi produrre la CO2 nei pressi di un’area industriale che ne assorba la produzione è certamente un vantaggio competitivo.

in agricoltura

• Nel processo di trattamento dei cereali, la CO₂ viene pompata in silos o altri impianti di stoccaggio per uccidere gli insetti e proteggere i prodotti; la CO2, infatti, come nel confezionamento in atmosfera protettiva, inibisce la crescita della maggior parte dei batteri aerobici e delle muffe
• Svolge anche un ruolo importante nella produzione di alcuni fertilizzanti.
• Inoltre, l’aria nelle serre può essere arricchita con anidride carbonica per consentire alle colture di ottimizzare il potenziale di fotosintesi; quest’ultima, infatti, è fortemente dipendente dall’intensità della radiazione solare e dalla concentrazione di CO2 mentre è meno influenzata da altri parametri quali temperatura e umidità. Va notato che per questo utilizzo l’anidride carbonica è considerata un “gas tecnico”

nel settore manifatturiero

• Nella saldatura MIG/MAG, la CO₂ funge da gas di protezione, proteggendo il bagno di saldatura dall’ossidazione.
• Inoltre, in combinazione con l’argon, l’anidride carbonica viene utilizzata per ottenere una velocità di saldatura ottimale e per ridurre la necessità di un trattamento post-saldatura.

nell’industria chimica

La CO₂ viene utilizzata come materia prima per la produzione di metanolo e urea; entrambe queste lavorazioni richiedono grandi quantità di questa materia prima.

nella lavorazione dei metalli

L’anidride carbonica non solo ha proprietà anticorrosive, ma può anche essere utilizzata per indurire gli stampi di colata utilizzati in questo settore.

nell’industria petrolifera

L’anidride carbonica può essere pompata nei pozzi per ottimizzarne la resa. Durante questo processo la CO₂ si dissolve parzialmente, rendendo l’olio meno viscoso e più facile da estrarre dalla roccia madre.

nell’edilizia

Per rimuovere la vernice dalle superfici vengono utilizzati pellet di ghiaccio secco costituiti da anidride carbonica. Questo processo sta sostituendo la sabbiatura perché riduce i costi di smaltimento e pulizia.

nei servizi sanitari

Quando viene aggiunta all’ossigeno per uso medicale, la CO₂ può aiutare a stimolare la respirazione.

per l’ambiente

Ciò potrebbe risultare sorprendente per il ruolo che l’anidride carbonica svolge nel cambiamento climatico. Tuttavia, se utilizzata come propellente nelle bombolette di aerosol, la CO₂ è in realtà una delle alternative migliori per l’ambiente rispetto a molte altre.

Dunque tutta questa eccellente prospettiva di sviluppo è realtà con l’avvenuta realizzazione dell’impianto di produzione di biometano a Cagliari?

L’impianto al servizio della Città Metropolitana di Cagliari, in fase di ultimazione presso l’area industriale di Macchiareddu nel Comune di Capoterra, presenta una potenzialità di trattamento pari a 50.000 tonn/anno così suddivise:

– 40.000 ton di FRAZIONE FORSU;

– 10.000 ton di FRAZIONE STRUTTURANTE (rifiuti lignocellulosici)

Il processo di digestione anaerobica utilizzato è del tipo dry a flusso continuo PFR (plug flow reactor), opera in ambiente termofilo nell’intervallo di temperatura tra 45 e 55 °C.

Considerando un quantitativo medio di impurità pari al 4,65%, il biodigestore ha una potenzialità di 47.672 t/a di FORSU su 8.500 ore di servizio annuo (al netto delle attività di manutenzione).

Il tempo di permanenza all’interno dei digestori previsto è compreso tra 20 giorni e 25 giorni.

Il processo di biodigestione prevede l’impiego di due moduli che presentano ciascuno una capacità di trattamento di circa 22.500 tonn/anno.

A valle del processo di biodigestione è attesa una produzione di 5.920.000 Nmc/a di biogas, da immettere nel processo successivo di upgrading.

Dal processo di upgrading si prevede di recuperare 3.400.000 Nmc/a di biometano, separando 2.500.000 Nmc/a di CO2, che potrebbe essere recuperata e valorizzata, in alternativa al rilascio in atmosfera.

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