Ricerca scientifica e tecnologica

PODERE ROTA, LABORATORIO APPLICATO DI STUDI SUL BIOGAS

 

L’emissione di gas climalteranti è uno dei principali problemi di impatto ambientale per le discariche di rifiuti. Il biogas di discarica, infatti, è composto in larga parte da metano (CH4) ed anidride carbonica (CO2); anche la captazione del biogas con successiva combustione e recupero energetico non risolve completamente il problema, in quanto pur riducendo drasticamente le emissioni di CH4 (molto più pericoloso dal punto di vista dell’effetto serra), nuova CO2 viene prodotta (anche se di origine non fossile).

Per questi motivi la discarica di Podere Rota in particolare diventa laboratorio applicato di studi e ricerche, utili alla collettività scientifica impegnata nel miglioramento delle tecnologie ambientali, grazie in particolar modo alla collaborazione ormai collaudata con il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università degli Studi di Firenze. Sono stati sviluppati quindi numerosi progetti che hanno coinvolto anche altri atenei e centri di ricerca, tra i quali ricordiamo l’Università di Siena, l’Università di Vienna, l’Università di Barcellona, ICAD (International Consortium for Advanced Design).

Ecco quindi che dopo la partecipazione al progetto LIFE sostenuto dall’Unione Europea effettuato nel periodo 2006–2007 “Life GHERL – GreenHouse Emission Reduction in Landfills” che si poneva come obiettivo la ricerca e la dimostrazione di tecnologie per la cattura della CO2 da biogas di discarica prima dell’avviamento al recupero energetico, CSAI Spa si è messa a disposizione per la realizzazione di ulteriore sperimentazione sullo stesso tema.

Nel 2010 sono iniziate le attività del progetto LIFE “UPGASLOWCO2 Upgrading del biogas e riduzione delle emissioni di CO2”, che ha avuto l’obiettivo di dimostrare la fattibilità tecnica dei risultati conseguiti nel precedente porgetto, attraverso la realizzazione di due reattori pilota, collocati appunto presso la discarica di Podere Rota.

Nel 2012 sono iniziate le attività del progetto TECGAS finanziato dal Ministero dell’Ambiente su proposta realizzata da CSAI spa, ICAD-Università di Firenze e Scarlino Energia srl. L’obiettivo che si è posto il progetto riguarda i termini di efficienza di rimozione della anidride carbonica, non solo al fine della produzione di energia elettrica ma anche per una sua possibile e futura distribuzione nella rete di gas naturale.

Tuttora in corso invece il progetto di ricerca, interamente autofinanziato, denominato RECORE «Sperimentazioni in merito alla riduzione delle emissioni di gas serra in discarica e il controllo degli odori mediante coperture reattive», realizzato sempre in collaborazione con Unifi.

Nel gennaio 2016 è stato avviato un nuovo progetto finanziato dal programma LIFE: Il Progetto LIFE REMidaInnovative Methods for Residual Landfill Gas Emissions Mitigation in Mediterranean Regions (LlFE14 CCM/IT/000464), finalizzato allo sviluppo di tecnologie innovative per la gestione del gas di discarica con basso potere calorifico utili alla riduzione dell’effetto serra e la mitigazione degli impatti dovuti alle emissioni di gas in traccia. Il Progetto ha una durata di tre anni ed è coordinato dal Waste Valorization Group (gruppo di ricerca del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università degli Studi di Firenze), e vede la partecipazione di un partner istituzionale (Regione Toscana – Settore Servizi Pubblici Locali) e di due partner industriali (Centro Servizi Ambiente Impianti S.p.A. e Sienambiente S.p.A.). Sulla base dell’esperienza che verrà maturata, verranno redatte delle Linee Guida per il trattamento del gas di discarica a basso potere calorifico che verranno disseminate dalle Regione Toscana al fine di promuovere una discussione dei contenuti tecnici della Landfill Directive. E’ disponibile un sito internet specifico, ed è anche attivo un profilo Facebook dedicato.

 

 

Di seguito le specifiche di ciascun progetto, distinte per ente finanziatore:

TEC-GAS

“TECnologie innovative per l’up-grading del bioGAS”

Codice: 148 –  Bando 2010 MATTM “Finanziamento di progetti di ricerca finalizzati ad interventi di efficienza energetica e all’utilizzo delle fonti di energia rinnovabile in aree urbane”

Ammesso a finanziamento con  D.D. SEC-DEC-2011-0000564 del 17/06/2011

 

L’obiettivo della ricerca è la messa a punto di un processo innovativo per l’up-grading del biogas derivante dalla degradazione biologica anaerobica di materiale biodegradabile (in discarica o in appositi reattori di digestione anaerobica industriali).  Con il termine upgrading del biogas s’intende un trattamento del biogas finalizzato principalmente alla riduzione del contenuto di anidride carbonica al fine di ottenere un gas del tutto analogo al gas naturale in cui il contenuto di metano viene portato fino a valori superiori al 96% in volume. In tali condizioni, il biogas up-gradato è del tutto simile al gas naturale e può essere ad esso sostituito per tutti gli scopi per cui si utilizza il gas naturale. In particolare, il biogas up-gradato può essere iniettato nella stessa rete del gas naturale raggiungendo tutti gli utenti in rete. La pratica dell’up-grading del biogas è già esistente e diffusa in molti paese del nord Europa, che hanno anche messo a punto alcuni standard di qualità a cui il biogas up-gradato deve sottostare perché possa essere effettivamente iniettato in rete. In tutti i casi esistenti, però, i processi di up-grading del biogas prevedono l’utilizzo di un sistema di rimozione della anidride carbonica basato su una fase di cattura ed una successiva fase di rilascio dell’anidride carbonica separata di nuovo in atmosfera (Pressure Swing Adsorption; High Pressure Water Scrubbing). Tale procedura si basa sul fatto che in realtà la anidride carbonica che si trova nel biogas è di origine “rinnovabile”, perché originata da biomassa, e in quanto tale non contribuisce al bilancio globale di emissioni di gas serra.

 

Rispetto a questa modalità di operare, la presente proposta progettuale si pone i seguenti due obiettivi:

1)  mettere a punto un processo di up-grading che catturi in forma solida e definitiva la anidride carbonica rimossa dal biogas, contribuendo con un termine sottrattivo al bilancio globale di emissioni di gas serra;

2)  mettere a punto un processo di up-grading che utilizzi materiali di scarto da processi industriali – disponibili a costo zero (o molto basso) – consentendo l’abbassamento del costo di processo. I residui solidi di interesse sono principalmente le scorie ed i residui di trattamento fumi da combustione dei rifiuti (bottom ash e APC – Air Pollution Control residues).

 

L’obiettivo che si pone il progetto, in termini di efficienza di rimozione della anidride carbonica, è tale da garantire il rispetto degli standard di qualità del biogas così trattato più restrittivi dei Paesi Europei che li hanno già emanati. L’obiettivo del consorzio proponente è anche quello di sviluppare una tecnologia che  possa essere proficuamente applicata su scala industriale presso gli impianti di propria competenza e/o proposta in impianti terzi, fornendo il know-how necessario.

 

Il progetto prevede la seguente partnership:

 

  • Centro Servizi Ambiente Impianti S.p.A.

La Commissione Europea, tramite il programma LIFE, ha sostenuto finanziariamente due importanti progetti di ricerca scientifica e tecnologica nel periodo 2006-2012 realizzati presso gli impianti di Podere Rota. Tali progetti hanno visto la cooperazione tra diversi partner dei Paesi membri dell’Unione Europea come Università, Enti di ricerca e aziende private.

Il primo progetto in ordine temporale è stato effettuato nel periodo 2006–2007 dal titolo “Life GHERL – GreenHouse Emission Reduction in Landfills” e si poneva come obiettivo la ricerca e la dimostrazione di tecnologie per la cattura della CO2 da biogas di discarica prima dell’avviamento al recupero energetico. (codice progetto: LIFE – ENVIRONMENT 05-ENV/IT/000874)

Nel 2010 sono iniziate le attività del nuovo progetto Life “UPGASLOWCO2”,  il cui titolo completo recita “Up–grading del biogas e riduzione delle emissioni di CO2”, che ha avuto l’obiettivo di dimostrare la fattibilità tecnica degli studi avviati dal precedente progetto, attraverso la realizzazione di due reattori pilota. Le attività si sono concluse nel Giugno 2012. (codice progetto: LIFE – ENVIRONMENT 08/ENV/IT/000429)

Per i due progetti sono disponibile, nel box di fianco, i report finali di divulgazione delle attività e dei risultati ottenuti.

Nel gennaio 2016 è stato invece avviato un nuovo progetto finanziato dal programma LIFE: Il Progetto LIFE REMidaInnovative Methods for Residual Landfill Gas Emissions Mitigation in Mediterranean Regions (LlFE14 CCM/IT/000464), finalizzato allo sviluppo di tecnologie innovative per la gestione del gas di discarica con basso potere calorifico utili alla riduzione dell’effetto serra e la mitigazione degli impatti dovuti alle emissioni di gas in traccia. Il Progetto ha una durata di tre anni (01/01/2016 – 31/12/2018) ed un budget totale di circa 855.600 € di cui 513.000 € di cofinanziamento europeo. Il Progetto è coordinato dal Waste Valorization Group (gruppo di ricerca del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università degli Studi di Firenze), e vede la partecipazione di un partner istituzionale (Regione Toscana – Settore Servizi Pubblici Locali) e di due partner industriali (Centro Servizi Ambiente Impianti S.p.A. e Sienambiente S.p.A.). Il Progetto prevede la realizzazione di due impianti pilota presso due discariche, ed in particolare:
– un biofiltro, collegato al sistema di estrazione del gas di discarica attualmente presente, che verrà implementato presso la discarica di Podere il Pero (Castiglion Fibocchi, Arezzo);
– un sistema di biofiltrazione passivo (biowindows) per il trattamento del gas residuali presso l’impianto di discarica di Le Fornaci di Monticiano (Siena).

Progetto RECORE
MITIGAZIONE EMISSIONI DI H2S E CH4 DA DISCARICA MEDIANTE COPERTURE BIO-ATTIVE: STUDI A SCALE DI LABORATORIO E PILOTA

Le emissioni in atmosfera legate alla gestione delle discariche comportano due principali tipologie di impatti, uno a livello locale, relativo alla dispersione di cattivi odori (principalmente legati alla presenza di Idrogeno solforato H2S) ed uno a livello globale relativo alla dispersione di gas ad effetto serra (principalmente Metano CH4). Per contenere e gestire tali emissioni si provvede a garantire un sistema di copertura del fronte di discarica coltivato, sia con Coperture provvisorie in fase operativa sia con Coperture definitive di discariche in post gestione (DLGS 36/2003).
Questo progetto ha cercato di rispondere alle seguenti DOMANDE:
Come realizzare le COPERTURE in modo da contenere il più possibile l’impatto ambientale legato alle emissioni in atmosfera? Con quali materiali? Con quali parametri di funzionamento? Con quali condizioni al contorno?

A tal fine si sta studiando i risultati della realizzazione di bio-coperture e bio-filter che attraverso l’azione di Batteri aerobici mesofili consentono l’ossidazione del metano (CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + energia) e dell’idrogeno solforato (2H2S + O2 → 2S0 + 2H2O + energia / H2S + 2O2 → H2SO4 + energia). A tal fine si sono predisposti test a scala pilota alla discarica di Podere Rota ed una serie di test a scala di laboratorio (pressp l’Università di Firenze).
Per i test pilota a Podere Rota si sono realizzati quattro sistemi di copertura diversificati:

  1.  Compost Mescolato a sabbia con rapporto volumetrico compost:sabbia di 5:1
  2.  FOS Mescolato a sabbia con rapporto volumetrico FOS:sabbia di 5:1
  3.  FOS-Compost misto a sabbia con rapporto FOS:Compost:Sabbia di 2.5:2.5:1
  4.  Sabbia

In laboratorio si è utilizzato invece il test in colonna:
 Colonna-Supporto in HDPE
 Materiale filtrante
 Sistema alimentazione
 Sistema di allontanamento condense – acqua meteorica
 Sistema di copertura e miscelazione aria
 Sistema di campionamento

Sia le coperture bio-attive che il test in colonna sono stati utili per lo studio di nuovi sistemi per la mitigazione degli impatti derivanti dalle emissioni di discarica. I risultati delle coperture sperimentali hanno dimostrato che queste possono essere un efficace sistema per la riduzione delle emissioni dei gas di discarica. Tuttavia alcuni problemi si sono riscontrati in presenza di sfavorevoli condizioni metereologiche e in mancanza di ossigeno nel terreno. L’attenzione che deve essere posta nella loro gestione potrebbe dunque rappresentare limite gestionale nella reale applicazione di questo sistema che invece potrebbe essere strategicamente applicato in quelle discariche di vecchia generazione in cui non è presente il sistema di captazione del biogas.

I test in colonna invece hanno rappresentato un punto di passaggio da un sistema di trattamento passivo, le bio-coperture, ad un sistema regolabile come i biofiltri. I risultati hanno dimostrato che alte efficienze nell’ossidazione del metano possono essere raggiunte soprattutto in presenza di ossigeno nel biogas da trattare. Questo rappresenta un vantaggio nell’applicazione reale di questo sistema, in quanto permette una più flessibile regolazione del sistema di aspirazione dei gas.