TRATTAMENTI E UTILIZZI DEL BIOGAS

Depurazione del biogas

Nel biogas sono presenti piccole quantità di alcuni composti che, a causa delle loro proprietà ossidanti o di incombustibilità, devono essere eliminati per favorire un buon processo di combustione mediante le seguenti tecniche:

• Filtrazione con filtri a ghiaia o sabbia, necessaria per eliminare i solidi in sospensione che sono essenzialmente materiale organico, grassi ed eventuali schiume prima dell’aspirazione dei compressori di ricircolo o dei compressori ausiliari della caldaia e dei motori a gas;
• Deumidificazione, la temperatura del biogas in uscita dal digestore è di almeno 35°C con un grado di umidità elevato che porta il vapore acqueo presente a condensare, per cui si predispongono lungo le tubazioni pozzetti di raccolta e spurgo delle condense. Ma per evitare la formazione di condense in camera di combustione occorre eliminare in modo drastico l’umidità, utilizzando ad esempio un impianto di condensazione composto da un frigorifero ad espansione diretta, uno scambiatore a fascio tubiero acqua/biogas ed un filtro a coalescenza ove viene condensato il vapore che viene poi estratto mediante scarico automatico o manuale;
• Desolforazione necessaria per abbattere i composti a base di zolfo può avvenire tramite filtri chimici riempiti con ossidi di ferro che provocano la precipitazione dei composti e quindi la loro estrazione; tramite torri di lavaggio che lavano il gas in controcorrente tramite un flusso di acqua e ossido ferrico; oppure mediante desolforazione biologica immettendo direttamente nel digestore una percentuale di aria, circa 5-10% del gas, per consentire a particolari ceppi batterici di innescare una reazione di precipitazione biologica dello zolfo.

I sistemi di controllo e di regolazione sono essenziali per garantire i migliori rendimenti dell’impianto

Utilizzatori del biogas

Dopo aver subito i trattamenti necessari il biogas può essere utilizzato in due modalità:
a) per la produzione di solo calore;
b) per la cogenerazione di energia elettrica e calore.

Combustione per la sola produzione di calore:
si utilizzano impianti con tecnologie semplici, è sufficiente un comune generatore di calore a gas costituito da un bruciatore, nel quale affluiscono combustibile e comburente ed esce energia termica sotto forma di fiamma e dallo scambiatore di calore, nel quale i prodotti della combustione cedono il calore prodotto ad un fluido termovettore. Il biogas viene trattato come il gas metano, mentre vengono realizzate modifiche al bruciatore per l’introduzione del gas, la miscelazione del combustibile con il comburente e l’utilizzo di materiali più resistenti alla corrosione per lo scambiatore di calore e il bruciatore stesso.

Cogenerazione per la produzione contemporanea di energia elettrica e calore:
è la produzione contemporanea di calore ed energia meccanica subito trasformata in energia elettrica (tale metodo è un sistema unico integrato detto ad energia totale), partendo dalla stessa energia primaria. Questo sistema di produzione di energia permette un notevole risparmio energetico rispetto al caso di produzione separata delle stesse quantità di calore di energia elettrica/meccanica; si può arrivare infatti a superare il 90% di rendimento (30% di rendimento elettrico e 60% di rendimento termico).
Si utilizzano due differenti tipologie di macchine:

• motori endotermici alternativi
• microturbine

Per la cogenerazione con motori endotermici alternativi si usano motori funzionanti a ciclo otto o a ciclo diesel modificato, costituiti dai seguenti componenti:

• motore endotermico alternativo, che oltre a produrre l’energia meccanica è anche il componente dove viene prodotta l’energia termica;
• alternatore, solitamente asincrono per la produzione di corrente elettrica alternata trifase;
• recuperatore di calore, composto da uno scambiatore di calore che recupera il calore prodotto da tutto il sistema, sia dai gas di scarico sia dal circuito di raffreddamento del motore e dall’olio di lubrificazione;
• pannello elettrico, che permette l’utilizzo dell’energia elettrica prodotta e l’interfacciamento con la linea elettrica nazionale.

Per la cogenerazione con microturbine si utilizzano turbomacchine a gas innovative di derivazione aereonautica di piccole dimensioni, con i seguenti componenti principali:

• turbina a gas e recuperatore;
• sistema elettrico generatore di corrente;
• scambiatore di calore sui fumi di scarico;
• sistema di gestione e controllo.

La cessione alla rete, per potenze superiori ai 50 Kw, è di norma accettata solo in media tensione

I cogeneratori possono funzionare secondo le seguenti modalità:

• in parallelo alla rete pubblica: viene ceduta alla rete aziendale in collegamento alla rete esterna tutta l’energia prodotta dal motore che funziona a regime costante al massimo della potenza. L’energia magnetizzante è totalmente assorbita dalla rete , non esistono problemi su eventuali carichi di punta ed i controlli sull’energia elettrica prodotta sono relativi solamente alla tensione ed alla frequenza che devono essere mantenute costanti. Un inconveniente di tale sistema si verifica in caso di mancanza di corrente elettrica nella rete pubblica, in quanto si spegne anche il cogeneratore;
• in isola indipendente dalla linea elettrica, tipico in luoghi in cui non vi è la linea pubblica, oppure nel caso in cui vengono individuate utenze separabili dalla rete aziendale, ad esempio impianti di depurazione. È necessario avere un generatore autoeccitato con motorino di avviamento collegato a delle batterie. Tale soluzione ha il vantaggio di garantire la corrente elettrica in caso di mancanza di tensione nelle rete pubblica, ma presenta due inconvenienti ovvero la necessità di sovradimensionare il cogeneratore in quanto deve vincere gli spunti di avviamento delle varie utenze e la necessità di predisporre dei gruppi di continuità nel caso di presenza di circuiti elettronici o di apparecchiature che non possono essere spente in quanto all’avviamento viene a mancare la corrente per alcuni istanti;
• in stand-by: nel caso di funzionamento normale il cogeneratore è collegato in parallelo alla rete pubblica, in caso di mancanza di tensione il cogeneratore non si spegne ma continua a girare garantendo la corrente elettrica su linee privilegiate, sganciandosi automaticamente dalla rete, ma fornendo l’energia a seconda della richiesta dell’utenza; al momento della riattivazione della rete pubblica il sistema torna a connettersi tornando al funzionamento in parallelo.