Bio-metano e CO₂ direttamente dal biogas umido
La tecnologia apre nuove prospettive per l'utilizzo materiale del metano e della CO₂
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Utilizzo efficiente di metano e CO₂ dal biogas: Grazie a nuove membrane piatte, il biogas può essere trattato direttamente e in modo efficiente dal punto di vista energetico, anche in impianti di piccole dimensioni. Nell'ambito del progetto Bio4Value, l'Istituto Fraunhofer per la ricerca applicata sui polimeri IAP nel Parco Scientifico di Potsdam, insieme a KS Kunststoffbau GmbH e all'Istituto Leibniz per l'ingegneria agricola e la bioeconomia ATB, sta sviluppando una tecnologia che apre nuove prospettive per l'utilizzo materiale del metano e del CO₂.
Manipolazione semplice senza essiccazione preventiva del biogas
Il biogas offre un'ampia gamma di applicazioni, ad esempio come combustibile, per la generazione di calore o come base per fertilizzanti e prodotti chimici. Finora, la trasformazione del biogas in bio-metano è stata tecnicamente complessa e difficilmente economica per i piccoli impianti. I metodi convenzionali richiedono un'elaborata pre-essiccazione e un lavaggio dei gas. È proprio qui che entra in gioco il progetto Bio4Value: un processo a membrana di nuova concezione che non richiede la pre-essiccazione del biogas promette una notevole semplificazione. Le nuove membrane piatte, sviluppate presso il Fraunhofer IAP, costituiscono il componente centrale. Esse separano il metano dalla CO₂ direttamente dal flusso di biogas umido. Di conseguenza, non è necessaria alcuna energia aggiuntiva per raffreddare e riscaldare il biogas grezzo prima della separazione a membrana. I test a lungo termine hanno inoltre dimostrato che le membrane di nuova concezione sono resistenti all'idrogeno solforato contenuto nel biogas grezzo.
Oltre l'energia: l'uso dei materiali di CO₂ e metano
La separazione mirata di CO₂ e metano direttamente alla fonte è un passo importante per evitare le emissioni e utilizzare in modo efficiente i gas separati. "Il CO₂ recuperato può essere utilizzato come preziosa materia prima per i processi industriali, come l'elettrosintesi, la produzione di carburante o la fabbricazione di prodotti chimici. Può anche servire come fonte di carbonio nelle serre o essere utilizzato per la produzione di acqua frizzante", spiega il Dr. Steffen Tröger-Müller del Fraunhofer IAP, che coordina il progetto.
Il metano, a sua volta, serve principalmente come carburante a base biologica (bio-CNG, gas naturale compresso da biogas) per i veicoli agricoli o per l'alimentazione della rete del gas naturale. Tuttavia, può anche essere utilizzato materialmente, ad esempio come materia prima per sintesi chimiche come la produzione di ammoniaca o metanolo.
Dal polimero alla membrana piatta altamente selettiva
Una delle sfide principali nello sviluppo di materiali di membrana adatti è l'applicabilità industriale. Per ottenere la separazione selettiva richiesta di metano e CO₂ a pressioni relativamente basse utilizzando biogas grezzo non trattato, è stato necessario sviluppare nuovi materiali - i polimeri disponibili in commercio non soddisfano questi requisiti. Il Fraunhofer IAP ha quindi sintetizzato in modo specifico i polimeri adatti e ne ha prodotto membrane piatte. La lunga esperienza dei ricercatori nello sviluppo di membrane e processi ha giocato un ruolo chiave. "Le nostre membrane piatte di nuova concezione soddisfano tutti i requisiti e sono particolarmente caratterizzate da stabilità meccanica e strati di separazione estremamente sottili e ottimizzati per il flusso", afferma Tröger-Müller.
Dalla membrana al modulo pronto per il mercato
Per garantire che la tecnologia possa essere utilizzata in modo indipendente anche in piccoli impianti di biogas nelle aree rurali, KS Kunststoffbau GmbH sta lavorando a soluzioni compatte e modulari. "Il nostro obiettivo è sviluppare un modulo pronto per il mercato, che possa essere utilizzato localmente e sia facile da gestire anche per gli utenti senza particolari competenze tecniche. Le membrane piatte di nuova concezione lo rendono possibile", spiega Markus Huth di KS Kunststoffbau GmbH.
ATB è responsabile dell'integrazione del processo negli impianti di biogas esistenti e della valutazione della nuova tecnologia in termini di utilizzo dei materiali. "Stiamo studiando come il modulo a membrana possa essere integrato in processi di biogas reali - qui vediamo un grande potenziale", afferma la dott.ssa Christiane Herrmann di ATB. ATB sta anche analizzando gli aspetti tecno-economici del processo e conducendo valutazioni del ciclo di vita. "Grazie ai risparmi energetici consentiti dalla membrana di nuova concezione, vediamo una forte opportunità di utilizzare la tecnologia a membrana in modo decentralizzato in piccoli impianti di biogas", aggiunge Herrmann.
Una tecnologia validata cerca partner per l'implementazione industriale
Attualmente, la tecnologia per l'upgrading del biogas è in fase di validazione su scala di laboratorio. "Il nostro obiettivo è quello di sviluppare ulteriormente la tecnologia in modo che possa essere dimostrata in condizioni reali in progetti di follow-up e scalata da partner industriali. Le aziende del settore del biogas, dell'energia o della chimica sono caldamente invitate a partecipare all'ulteriore sviluppo", afferma Tröger-Müller.
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