Rubrica: Automotive alternativo
Titolo o argomento: Da escrementi, rifiuti e scarti energia quasi pura da utilizzare
Mio zio, quando ero bambino, mi diceva: “Se sapessi che gli escrementi hanno un qualche valore, inizierei a metterne da parte a quintali adesso che non costano nulla…”. Ora, al di là del fatto che lui lo diceva in modo molto più colorito, riferendosi al fatto che è sempre molto difficile “azzeccare” gli investimenti giusti, il concetto (inconsapevolmente) non era poi così lontano dalla realtà. Eh già perchè forse non tutti sanno che è possibile alimentare un motore a combustione interna (con opportune modifiche e accorgimenti tecnici) con il gas ricavato dal riscaldamento o la digestione anaerobica delle biomasse (fanghi di depurazione provenienti dalle reti fognarie delle città, rifiuti organici urbani, liquami zootecnici, ecc.). Il risultato? La produzione di quantità non indifferenti di energia elettrica collegando al motore a combustione interna, alimentato con il biogas estratto, un generatore ed un sofisticato sistema di controllo elettronico dei carichi e del regime di rotazione. Ma andiamo con ordine…
Il gas naturale
Che cos’è il gas naturale?
Il gas naturale è una fonte non rinnovabile, si tratta di una miscela di idrocarburi gassosi che viene prodotta naturalmente in seguito alla decomposizione di materiale organico in assenza di ossigeno (decomposizione anaerobica) e di luce. Il gas naturale e il metano non devono essere confusi in quanto non sono esattamente la stessa cosa. Il metano infatti è uno dei costituenti (il più importante) del gas naturale assieme ad idrocarburi gassosi più pesanti quali l’etano, il propano, il butano e, in quantità meno incisive, pentano e azoto. Generalmente il gas naturale contiene anche dei contaminanti (solfuro di idrogeno e mercurio) che è fondamentale rimuovere prima dell’utilizzo. Da notare che per ragioni di sicurezza ambientale specifiche normative sanciscono il preciso contenuto che il gas naturale deve avere per poter essere venduto (ad es. in Italia: 99,5% metano, 0,1% etano e 0,4% azoto).
Dove si trova?
Vi sono grandissime quantità di gas naturale che si trovano in forma di idrati sotto l’Antartide, le piattaforme continentali e il permafrost, inoltre si trova anche all’interno di rocce sedimentarie, presenti nel sottosuolo o in fondo ai mari, che non lo hanno ancora espulso (metano-shale). Quest’ultima opzione pare che offra la possibilità di raddoppio delle riserve. Da non dimenticare che è possibile estrarre metano anche dai combustibili fossili in seguito alla raffinazione del petrolio.
E’ quindi possibile estrarre gas naturale da:
Sacche formatesi sotto la crosta terrestre.
Rocce sedimentarie (metano-shale) presenti nel sottosuolo.
Rocce sedimentarie (metano-shale) presenti su taluni fondali marini.
Combustibili fossili.
Come si ottiene?
Il gas naturale è un combustibile di origine fossile che, come il petrolio, si è formato per lenta decomposizione di sostanze di origine animale. Specifici batteri (per la cui analisi si rimanda a fonti di informazione mirate alla biologia), in ambienti privi di aria e luce, trasformano i resti degli organismi in idrocarburi dando luogo a gas naturale e petrolio. Si tratta di un processo che può richiedere decine di milioni di anni.
Per semplificare e velocizzare la produzione di miscele di gas simili al gas naturale oggi vengono utilizzati degli impianti dotati di “digestori” i quali provvedono a ricavare un gas (in questo caso prende il nome di biogas) che può contenere percentuali di metano comprese tra il 50% e l’80%, oltre ad anidride carbonica ed elementi contaminanti da filtrare. I paesi che hanno mostrato più interesse per questa tecnologia (Germania, Gran Bretagna, Ontario, Svezia e Svizzera) sono stati in grado di raggiungere produzioni di energia elettrica con tetti pari a 250MW (utili a soddisfare le esigenze di una piccola città) sfruttando esclusivamente il biogas ricavato dai liquami zootecnici e vari tipi di reflui (civili, agricoli e industriali).
Il biogas
Che cos’è il biogas?
Il biogas è una fonte rinnovabile, si tratta di un gas ottenuto grazie a gruppi di batteri che operano la decomposizione di materiale biogeno ovvero biomasse (scarti vegetali, rifiuti, residui, fanghi di depurazione, ecc.) in assenza di ossigeno all’interno di appositi impianti dotati di digestori. Il biogas è un vettore energetico rinnovabile il cui bilancio di CO2 è neutro. Esso è costituito essenzialmente da metano, la percentuale è generalmente compresa tra il 50% e l’80%. Tra gli altri costituenti del biogas troviamo principalmente anidride carbonica (fino al 30%) e quantità meno rilevanti di ammoniaca, azoto, idrogeno, idrogeno solforato, monossido di carbonio e ossigeno. E’ sempre più utilizzato sia come carburante per l’autotrazione che per il riscaldamento residenziale o la produzione di energia elettrica. Molti non sanno che viene introdotto nel gas naturale in percentuale, variabile da nazione a nazione, non inferiore al 10%. Una tonnellata di biomassa permette di ricavare un volume di biogas compreso tra i 105 ed i 130 metri cubi. Anche il biogas viene trattato al fine di rimuovere dei contaminanti che sono ecologicamente pericolosi sia nel caso venga utilizzato come carburante, sia nel caso venga immesso nella rete di distribuzione del gas naturale utilizzata per il riscaldamento delle abitazioni. E’ ormai noto ai più che il biogas è un ottimo carburante rinnovabile che offre un impatto ambientale inferiore rispetto a quello dei carburanti fossili. Quello che invece può sorprendere è il fatto che il suo impatto sull’ambiente sia inferiore a quello generato dai carburanti rinnovabili ottenuti a partire da materie prime appositamente coltivate (si veda lo studio “Ecobilancio di prodotti energetici – Analisi ecologica dei biocarburanti” pubblicato dall’EMPA nel 2007).
Dove si trova?
Ovunque vi siano biomasse (scarti vegetali, fanghi di depurazione, rifiuti, residui, prodotti della terra di largo consumo, piante energetiche coltivate ad hoc, ecc.) da poter trattare in assenza di ossigeno mediante appositi batteri. Da notare che la produzione di biogas a partire da derrate alimentari e piante energetiche appositamente coltivate non è incentivata a livello economico per prevenire danni all’ambiente.
E’ quindi possibile estrarre biogas da:
Scarti vegetali.
Derrate alimentari.
Fanghi di depurazione ricavati da acque reflue civili, agricole, industriali.
Decomposizione di rifiuti solidi urbani nelle discariche.
Piante energetiche appositamente coltivate.
Fonti naturali quali ad esempio le paludi, le foreste, i campi, le stalle.
Processo di digestione degli animali (liquami zootecnici).
Risaie.
Come si ottiene?
Il biogas è un vettore energetico rinnovabile prodotto in grande quantità dalle paludi, dalle foreste, dai campi, dalle risaie, dai liquami zootecnici, dalle discariche e dai fanghi di depurazione trattati al termine delle reti fognarie. Si ottiene attraverso il riscaldamento o la digestione anaerobica di biomasse in impianti dotati di digestori in grado, tra l’altro, di controllare le emissioni maleodoranti e di stabilizzare le biomasse prima del loro eventuale utilizzo agronomico. Il processo di digestione anaerobica parte dalla sostanza organica e si sviluppa attraverso tappe intermedie durante le quali si formano vari metaboliti per giungere poi alla produzione di metano, anidride carbonica, fanghi residui (i quali, se il processo è stato condotto a regola d’arte con la corretta flora batterica, i nutrienti da aggiungere alla reazione ed i sistemi di filtraggio di cui necessita l’impianto, rappresentano un ottimo fertilizzante a basso tenore di carbonio) e minime porzioni di gas contaminanti (precedentemente citati).
Trasporto del gas
Problematiche nettamente differenti
Il biogas è prodotto nello stesso posto in cui viene consumato, quindi non è soggetto a particolari problemi di trasporto. Può essere utilizzato per alimentare i veicoli di una fattoria o di un servizio di trasporti locale, oppure può essere impiegato per la produzione (sempre locale) di energia elettrica e riscaldamento e può persino intercettare gli impianti già esistenti del gas naturale di un centro abitato ed esservi miscelato dentro. Lo stesso non accade per il gas naturale il quale presenta delle difficoltà di trasporto che non passano inosservate. Il gas viene estratto e incanalato nei metanodotti da cui si ramifica una fitta rete di distribuzione. La spinta iniziale viene fornita dal gas stesso tuttavia, lungo la rete, necessita di stazioni di pompaggio che garantiscano il corretto servizio. In fondo si tratta di una rete semplice ed allo stesso tempo economica la quale però presenta anche qualche problema, l’impossibilità di attraversare oceani e territori di diverse nazioni senza generare dipendenza da quest’ultime. In alternativa si sta lavorando per trovare le migliori soluzioni che permettono di liquefare il gas e trasportarlo in navi appositamente attrezzate. Nonostante l’indipendenza garantita da tale soluzione vi è il risvolto dei costi più elevati nonché qualche problema di sicurezza.
Gas to Liquid
Il gas naturale che fuoriesce durante l’estrazione del petrolio può essere reiniettato nel giacimento al fine di mantenere alta la pressione e permettere l’estrazione di una maggiore quantità di petrolio, oppure può subire un processo di trasformazione in combustibile liquido (prevalentemente gasolio) denominato GTL che sta per Gas To Liquids. La trasformazione GTL sfrutta una tecnica tedesca (Fischer-Tropsch) che, durante la seconda guerra mondiale, permetteva di portare il carbone allo stato gassoso e, successivamente, a quello liquido al fine di alimentare i mezzi militari. Tale tecnica faceva uso di catalizzatori a base di cobalto o di ferro utili a produrre condensati e cera a partire dal gas naturale trattato.
Continua…
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