Upgrading del biogas a biometano

La rimozione dell’anidride carbonica dal biogas per ottenere biometano può essere ottenuta con quattro strategie: adsorbimento su solidi, assorbimento in liquidi, separazione con membrane selettive e separazione criogenica.

 

L’assorbimento in liquidi è un processo che sfrutta la maggiore solubilità della CO2 rispetto al metano in alcuni mezzi. Nel lavaggio ad acqua ad alta pressione (PWS, Pressure Water Scrubbing) il biogas è compresso e immesso in una colonna con flusso di acqua in senso contrario. Anidride carbonica e idrogeno solforato sono più solubili in acqua rispetto al metano; la solubilità della CO2 in acqua aumenta aumentando la pressione e diminuendo la temperatura. Il gas in uscita è arricchito in metano ma saturo di acqua: deve quindi essere essiccato e deumidificato prima di essere immesso nella rete. Il lavaggio in acque alcaline permette di assorbire l’anidride carbonica e tutte le specie acide presenti: il solfuro di idrogeno, i solfuri organici, gli acidi inorganici. La tecnica è analoga al PWS, ma ne incrementa l’efficienza di rimozione, precipitati insolubili del calcio. Questo processo è poco efficiente per l’eliminazione di composti basici (ammoniaca e ammine) e dei silossani, che possono essere idrolizzati solo in ambiente acido. Se si utilizza questa tecnologia, l’acqua deve essere eliminata a valle del processo, utilizzando un adsorbente o un punto freddo. Nel lavaggio con solventi organici (Organic Phisical Scrubbing) si utilizza la maggiore solubilità rispetto all’acqua della CO2 nel Polietilene Glicole. Il processo consente la rimozione contemporanea dell’idrogeno solforato, dell’acqua, dell’ossigeno e dell’ammoniaca. La rigenerazione del fluido può avvenire mediante riscaldamento o depressurizzazione. Il lavaggio chimico con ammine viene effettuato attraverso una soluzione a base di ammine con le quali non si ha un chemisorbimento della CO2 attraverso una specifica reazione chimica. La rigenerazione del liquido avviene per riscaldamento, e la presenza di idrogeno solforato nel flusso di biogas grezzo comporta una maggiore temperatura per la rigenerazione del liquido. Pertanto, è consigliabile la rimozione preventiva di tale sostanza. Sono utilizzati due tipi di ammina: le monoetanolammina (processo MEA) e la dimetiletanolammina (processo DEA). Un forte vantaggio di questa tecnica è legato alla possibilità di ridurre le dimensioni degli impianti, dovuta alla maggiore e più specifica capacità di assorbimento per la CO2 rispetto all’acqua.

La separazione su membrane selettivamente permeabili è una tecnologia che permette di eliminare anidride carbonica, acqua e solfuri dal biogas, ottenendo del metano ad elevata purezza. Il biogas grezzo viene depurato attraverso la compressione contro membrane selettive che lasciano attraversare la CO2, acqua e ammoniaca e ostacolano il passaggio di metano che viene convogliato verso la raccolta. In genere, l’idrogeno solforato viene selezionato solo parzialmente, pertanto è opportuna la sua preventiva rimozione (link a biogas cleaning). Le attuali tecnologie che prevedono filtrazioni multiple consentono di contenere i costi di compressione. Tuttavia, all’attuale stato dell’arte, questa tecnologia comporta anche sensibili perdite di metano. Si tratta comunque di una tecnologia che sta subendo un rapidissimo sviluppo.

La separazione criogenica si basa sulla condensazione selettiva dell’anidride carbonica ad opportune temperature e pressioni. Un importante vantaggio è legato al fatto che anche i componenti secondari condensano o sono assorbiti nell’anidride carbonica liquida. Inoltre, questa tecnica consente di recuperare per usi industriali la CO2 in forma liquida o solida. Per quanto questa tecnologia sia molto semplice, essa è poco utilizzata in quanto è ancora molto costosa e non abbastanza efficiente: i costi sono assai elevati in considerazione delle basse temperature cui è necessario portare il biogas (almeno 216 K e 5 bar).

L’adsorbimento su solidi (carboni attivi, zeoliti allumina, gel di silice) permette di trattenere sia l’anidride carbonica sia altri componenti secondari indesiderati, a patto di operare ad opportune temperature e pressioni ed eventualmente di utilizzare diversi adsorbenti/assorbenti in serie. Il materiale adsorbente saturo di anidride carbonica e componenti secondari può essere rigenerato variando la temperatura o la pressione. Tra i vantaggi di questo approccio, si evidenziano il basso costo, la versatilità e l’efficienza di purificazione.