Oggi vorrei parlarvi di pirolisi e pirogassificazione .
Due processi termochimici che stanno tornando in auge recentemente, visti gli andamenti climatici e geopolitici dell’ultimo periodo.
Per chi non mi conosce, mi chiamo Gabriele Casetta, mi piace definirmi imprenditore digitale, nello specifico mi occupo di progettazione e consulenza.
Sono una persona molto curiosa, e mi sono imbattuto nella pirolisi un paio di anni fa, ho iniziato ad appassionarmi cercando sul web tutte le informazioni possibili, ma all’epoca non si trovava molto online, questo mi ha dato la possibilità di sperimentare parecchio, imparando anche dai miei errori, se anche tu sei interessato all’argomento e stai cercando informazioni in merito, ti invito a proseguire con la lettura, cercherò di spiegarti in modo semplice come funziona e quali applicazioni può avere.
La nascita dei processi
Questi processi non sono recenti, si utilizzavano già un centinaio di anni fa per la produzione del carbone e del metanolo partendo dal legno, vengono utilizzati tuttora su alcuni impianti di smaltimento dei rifiuti urbani e su grossi impianti di cogenerazione.
Come dicevo sopra stanno tornando in auge in epoca recente, visto gli ultimi avvenimenti in ambito climatico e geopolitico, per trovare alternative meno impattanti ai combustibili fossili e per sopperire alla mancanza di risorse dovute al conflitto in Ucraina.
Ma spieghiamo di cosa stiamo parlando.
La pirolisi
La pirolisi è un processo termochimico di decomposizione, che si ottiene applicando calore ad una massa in completa assenza di ossigeno o altri agenti ossidanti, in queste condizioni il materiale subisce una scissione dei legami chimici, scomponendosi in molecole più semplici.
La temperatura di pirolisi varia in base al materiale da processare, e generalmente sono temperature superiori ai 250° C , la biomassa va quindi riscaldata, e molto spesso viene fatto utilizzando resistenze elettriche, o un flusso caldo di un gas inerte (ad esempio l’azoto), richiedendo un consistente consumo di energia.
Se ci fosse ossigeno in questo processo, invece della pirolisi si avrebbe una combustione che genererebbe calore e composti gassosi ossidati, pertanto tutta la fase del processo va effettuata in totale assenza di ossigeno.
Se invece di avere ossigeno in quantità atmosferica, ne controlliamo l’apporto inserendone una percentuale nota, in questo caso si può ottenere una pirogassificazione.
La pirogassificazione
La pirogassificazione quindi oltre a generare composti più semplici partendo da una biomassa, genera anche calore invece di richiederlo da fonti esterne, è quindi un processo molto più efficiente dal punto di vista energetico, con notevoli vantaggi se utilizzato su impianti di cogenerazione.
Cosa sono le biomasse
Con il termine biomassa si intende qualsiasi sostanza di matrice organica, animale o vegetale che non ha subito alcun processo di fossilizzazione, e da cui è possibile ricavare energia.
Secondo il decreto del Ministero delle politiche agricole e forestali n.401art.1 comma 3 definisce biomasse:
- la legna da ardere
- i residui lignocellulosi
- i sottoprodotti di coltivazioni agricole e di trasformazione agro-alimentare.
- le colture agricole e forestali dedicate
- i liquami e reflui zootecnici
Possiamo dividere le biomasse in tre tipologie principali:
Biomasse vegetali
Biomasse animali
Biomasse microbiche
- produzione di alimenti alternativi ad alto contenuto di proteine e vitamine per l’alimentazine umana
- starter per industria enologica di produzione bevande alcoliche, per l’industria del pane e dei prodotti da forno o per la produzione dei derivati del latte
- colture selezionate per contrastare l’inquinamento
- colture insetticide
Cosa si ottiene dalla pirolisi delle biomasse vegetali
Solidi: Carbone vegetale (Carbon black o char) 20-30% (in peso)
Liquidi: Olio combustibile (Pyro oil), 40-60 %
Gassosi: Gas 5-10%
Frazione gassosa a medio potere calorifico contenente CO, CO2, idrocarburi (CH4, C2H4, C3H6), H2O, H2;
Queste tre frazioni sono presenti come risultato del processo di pirolisi, ma è possibile incrementare la resa di una di esse rispetto alle altre variando opportunamente le condizioni del processo come:
– la temperatura finale di reazione
– la velocità di riscaldamento della biomassa
– il tempo di permanenza del materiale alla temperatura di reazione
– le dimensioni e la struttura fisica della biomassa da trattare
– la presenza di specifici catalizzatori
Vediamo come ognuno di essi modifica il risultato finale:
Temperatura finale di reazione
Velocità di riscaldamento della biomassa
Presenza di speciali catalizzatori
In presenza di speciali catalizzatori è possibile gestire i composti gassosi tramite scomposizione catalitica per ottenere composti meno inquinanti (come nel caso del processo dei rifiuti domestici), o promuovere l’ottenimento selettivo di determinati prodotti (dall’idrogeno agli acidi carbossilici o alle aldeidi).
Dimensioni e la struttura fisica della biomassa
Dimensioni e struttura fisica della biomassa variano anche il comportamento della stessa a fronte del riscaldamento per il processo di pirolisi, ad esempio la legna in pezzatura grossa che sia intera o spaccata si comporterà in maniera diversa da una massa cippata o in pellets
A tal proposito ho un video molto interessante dove si vede in una caldaia il comportamento del legno a pezzatura intera, dove i gas che si stanno formando dal riscaldamento, sfogano la loro fuoriuscita lungo le fibre del legno e tra legno e corteccia;
Questo piccolo esperimento va però contestualizzato: avendo la portella aperta, il riscaldamento è particolarmente ridotto e non uniforme, inoltre avviene in presenza di ossigeno, in questo contesto quindi la formazione di gas è molto limitata anche se comunque visibile, inizialmente vi è una fase di essiccazione del legno, e fuoriescie principalmente vapore, via via che si alza la temperatura e scende il tasso di umidità inizia a formarsi gas, che inizialmente è miscelato a vapore acqueo, questa è la fase che si sta vedendo nel video, nonostante questo, in presenza di una fiamma si incendia.
Perdonate la bassa qualità del video che è stato girato con il cellulare.
,
In questo contesto utilizzare legno intero, incide sul tasso di umidità, dato che ha un’essiccazione più lenta rispetto ad una pezzatura più piccola come può essere ad esempio il cippato o il pellet, ma bisogna dire che le pezzature piccole tenderanno ad assorbire maggiormente l’umidità se inserite in un ambiente particolarmente umido, ma il loro utilizzo dipende da come è progettata la caldaia.
Nel caso di una caldaia come quella del video sopra, il vantaggio di utilizzare trucioli, cippato o pellets, garantirebbe un maggior riempimento del volume disponibile, cosa non possibile con legno intero a causa degli spazi vuoti che si formano durante la fase di carico, oltre ai ponti e i vuoti che si vengono a creare nella fase di combustione che ne limitano il rendimento.
A causa della formazione di spazi vuoti infatti, avviene la separazione della biomassa da pirolizzare dal letto di brace che dovrebbe innescare il processo di pirogassificazione, motivo per cui ho ridisegnato una nuova caldaia creando un sistema diverso e molto più efficiente.
Ho un paio di immagini della differenza tra una combustione classica ed una pirogassificazione che rendono molto bene l’idea dei motivi per cui sto sperimentando in questo ambito:
Il camino in pirogassificazione da cui esce un fumo meno densno è quello di casa mia, mentre l’altro è di un vicino di casa
Direi che le immagini si commentano da sole,
Nel video qui sotto si nota la differenza della persistenza in atmosfera dei fumi derivanti da combustione classica contro quelli generati da pirolisi.
Fatemi sapere cosa ne pensate di questo articolo lasciando un commento, e se avete domande o volete approfondire qualcosa, non esitate a contattarmi.
un saluto, ci vediamo al prossimo articolo!