La crescente pressione per decarbonizzare i sistemi energetici e la disfatta dei rifiuti dalle discariche sta costringendo i comuni e le industrie a ripensare le vie di trattamento termico. La generazione globale dei rifiuti solidi urbani dovrebbe raggiungere i 3,4 miliardi di tonnellate all'anno entro il 2050, e la tradizionale incenerimento delle emissioni di gas di combustione, mentre la riduzione dei volumi, riduce i inquinanti organici persistenti, i metalli pesanti e le grandi quantità di CO2 per tonnellate di rifiuti.

Che cosa è la gassificazione dei rifiuti?

La gassificazione è l'ossidazione parziale di mangimi ricchi di carbonio a temperature tipicamente tra 700 °C e 1500 °C utilizzando una quantità substoichiometrica di ossigeno o vapore. Il processo non brucia i rifiuti; si rompe termicamente il materiale in una miscela gassosa combustibile composto principalmente da monossido di carbonio, idrogeno, metano e anidride carbonica, insieme a piccole frazioni di tar, carbone e cenere

In base al gasolio, si verificano una serie di reazioni sovrapposte: essiccazione, pirolisi, ossidazione e riduzione. L'essiccazione di gas e di gas di scarico, la pirolisi decompone i polimeri organici in idrocarburi volatili e una carbonacea; la materia volatile reagisce quindi con l'ossidante per rilasciare il calore, che spinge le reazioni di riduzione endotermica in cui CO2 e H2O reagiscono con la forma di carbon carbon carbon carbon carbon carbon carbon carbon carbon carbon carbon carbon carbon carbon carbon carbon carbon carbonbruciato

Recenti rotazioni tecnologiche

Architetture reattori avanzate

I gassosi convenzionali sono stati in gran parte sostituiti da sistemi di flusso fluido e di flusso in entrata che offrono livelli di riscaldamento molto più elevati e una migliore miscelazione di ossigeno.

Catalizzatore innovazioni

La formazione di tarati è stata storicamente il tallone di calcificazione Achille, l'intasamento di apparecchiature a valle e la riduzione dell'efficienza del gas freddo. Le nuove generazioni di nichel-based, dolomite e catalizzatori olivini vengono impiegate all'interno del gasificatore (in-situ) e nei costi di riformatori dedicati (ex-situ) per la conservazione di catrali in gas più leggeri, mentre simultativamente riformano impianti di metano.

Ibridizzazione con Elettricità Rinnovabile

La combinazione di gassificazione sintetico (in inglese) è un'integrazione di gas naturale (in inglese) che consente di migliorare l'efficienza energetica di un gas naturale.

Digitalizzazione e funzionamento autonomo

Le linee di gassificazione moderne stanno diventando sistemi informatici-fisici a distanza. I parametri di rilevamento della temperatura fibra ottica, spettroscopia di assorbimento del laser per la composizione del gas in tempo reale, e i dati di monitoraggio della scorie acustiche dei feed in gemelli digitali che modellano lo stato interno del reattore con la latenza sub-seconda.

Vantaggi ambientali ed economici sopra l'incenerimento

Inoltre, la riduzione dell’atmosfera gassosa limita la formazione di policloro-dibenzo-p]-diossina e dibenzofuran (PCDD/Fs).

Un'altra analisi del 2021 pubblicata in Ricerca energetica rinnovabile e sostenibile (]Rahman et al., 2021)) rispetto alle efficienze elettriche nette in 42 impianti operativi: gassificazione a base fluida con un'isola integrata a ciclo combinato pari al 32–38 %, mentre

La riduzione dei costi di energia, che si estende su una base di dati, è parzialmente compensata da minori costi di smaltimento residui e da una maggiore diversità dei ricavi. La scorie che soddisfa gli standard di leaching regolamentari rende una tassa di cancello come aggregato secondario, mentre la cenere vitrificato può sostituire la ghiaia nella costruzione di base stradale, eliminando la tassa di di discarica asiatica.

Integrazione del flusso di rifiuti e flessibilità del mangime

La maggior parte dei rifiuti di gassificazione, che si trovano in una fase di produzione, è costituita da un'elevata capacità di produzione di gas eterogeneo e contaminato, che consente di ridurre contemporaneamente i rifiuti di produzione di gas, e di ridurre i rifiuti di tipo industriale.

Driver di policy e regolamentari

Il panorama normativo globale sta sempre più distinguendo la gassificazione dall’incenerimento, conferendo vantaggi che accelerano il dispiegamento. Nell’Unione Europea, la nuova direttiva sull’energia rinnovabile (RED III) classifica la frazione biodegradabile dei rifiuti trasformati tramite gassificazione come fonte di energia rinnovabile, mentre l’ossidazione termica attraverso l’incenerimento rimane esclusa dagli obiettivi energetici rinnovabili a meno che non si unisca ad una misura separata delle frazioni biogene.

Negli Stati Uniti, il sistema di approvvigionamento non pericoloso dell'Agenzia per la protezione dell'ambiente ha chiarito che le unità di gassificazione che producono sinergie per il recupero dell'energia non sono classificate come "incineratori" nell'ambito della Clean Air Act, evitando così i più severi standard di tecnologia di controllo massimi accessibili che si applicano agli inceneritori dei rifiuti.

Sfide per l'adozione a monte principale

Nonostante la sua maturità tecnica, la gassificazione dei rifiuti continua a sostenere un'elevata intensità di capitale. Un impianto integrato di gassificazione da 500 tonnellate al giorno può richiedere un investimento superiore a 350 milioni di dollari, circa il doppio del costo di un incineratore a gravità mobile della stessa capacità.

I sistemi di controllo dei gas sono in grado di fornire un'ampia gamma di soluzioni tecniche, ma anche di migliorare le condizioni di lavoro e di migliorare le condizioni di lavoro.

Real-World Attuazioni e Progetti Piloti

In Canada, la struttura Enerkem di Edmonton ([[]) ha gassato oltre 100.000 tonnellate di rifiuti solidi urbani all’anno, producendo metanolo e e etanolo che dislocano combustibili fossili derivati.

Il progetto di costruzione di gas di tipo MW, che ha ottenuto un ulteriore risparmio di energia elettrica, ha dimostrato che la produzione di gas di tipo MWGF è stata effettuata in modo da poter essere utilizzata in modo più efficiente.

Direzione e Orizzonti di ricerca futuri

Il prossimo decennio probabilmente vedrà la gassificazione evolversi da un impianto di trattamento dei rifiuti stand-alone in un nodo in un'economia circolare più ampia. I processi di gassificazione-fermentazione avanzati sono pilotati da aziende come LanzaTech, utilizzando microbi di filtraggio sintetici per produrre etanolo, butanediolo, e intermedi di carburante a getto a temperatura e pressione ambiente, bypassando la rotta Fischer-Tropsch estremamente ricca di gas.

La gassificazione assistita da energia solare è un'altra frontiera: l'energia termica solare concentrata può fornire il calore di riduzione endotermica, immagazzinando la luce solare intermittente in forma chimica come sintassi. Un progetto comune tra l'ETH Zurigo e l'Istituto Paul Scherrer ha dimostrato un gassificante a gas mobile alimentato da 40 kW che raggiunge la stessa conversione di carbonio come un sistema autotermico ma con una percentuale di produzione di H2 superiore del 30 % di impianti.

La flessibilità dei sistemi di calcolo (CFD) e la conseguente integrazione dei sistemi di gas ad alta fedeltà, che si adattano a una specifica chimica della fase del gas, consentono di progettare sistemi di riscaldamento e di quench di prossima generazione che riducono la riformazione dei tar durante il raffreddamento dei sinergici.

Conclusioni

La gassificazione dei rifiuti è maturata in un’alternativa flessibile, pulita e sempre più economica all’incenerimento tradizionale delle scorie di massa. La tecnologia, invece di distruggerla in un forno ossidante, acquisisce una notevole quantità di energia, riducendo gli inquinanti atmosferici pericolosi, le emissioni di gas serra e il volume di ceneri residui che richiedono la discarica.