Migliorare le prestazioni di purificazione del biogas sul ren

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Crediti: Tao SUN, Wenlong LI, Jiandong WEI, Long JI, Qingyao HE, Shuiping YAN

Il biogas è solitamente prodotto dalla digestione anaerobica di rifiuti organici come letame animale e scarti di paglia, che è una tipica energia rinnovabile verde e può essere utilizzata come combustibile per la produzione di energia e calore. La Cina possiede una produzione di biogas su larga scala, con una produzione annua di circa 15 miliardi di m3 di biogas, e lo sviluppo e l’utilizzo del biogas forniscono una nuova scelta per far fronte alla crisi energetica. Di fatto, il biogas contiene circa il 60% di CH4 e circa il 40% di CO2, oltre ad altre impurità in tracce come H2S e H2O. La presenza di CO2 nel biogas riduce notevolmente le prestazioni di combustione e l'H2S nel biogas provoca anche la corrosione di tubazioni e apparecchiature. Pertanto, queste impurità devono essere rimosse per aumentare la quota di metano nel prodotto, in cui questo processo di rimozione del gas è noto anche come upgrading del biogas. L’emergere della tecnologia di upgrading del biogas può non solo aumentare il reddito economico degli impianti di biogas, ma anche ridurre le emissioni di gas serra. In teoria, poiché il biogas è stato a lungo considerato un tipico combustibile a zero emissioni di carbonio, si prevede che la cattura, l’utilizzo e lo stoccaggio della CO2 dal biogas porti a emissioni di carbonio negative.

Attualmente, molte tecnologie mature di upgrading del biogas includono il lavaggio con acqua pressurizzata, l’adsorbimento con oscillazione di pressione, l’assorbimento chimico, la separazione a membrana e la tecnologia criogenica. Tra questi, il lavaggio con acqua e l'adsorbimento con oscillazione di pressione possono rimuovere contemporaneamente CO2 e H2S dal biogas, mentre presentano gli svantaggi fatali di un'elevata perdita di CH4 (tra il 2% e il 20%). È noto che l’effetto serra del CH4 è circa 21 volte quello della CO2. Pertanto, molti ricercatori si sono concentrati sul metodo dell’assorbimento chimico, dove presenta una perdita trascurabile di CH4 e un’elevata velocità di reazione. Per coincidenza, poiché la reazione chimica tra l'assorbente e il gas acido può formare un sale stabile, il processo di assorbimento chimico ha presentato problemi di elevato consumo energetico del sistema e perdita di CO2 assorbente.

Per risolvere i problemi del suddetto metodo di assorbimento chimico, il Prof. Shuiping Yan e il suo team hanno proposto un assorbente acquoso di ammoniaca rinnovabile da liquame di biogas (un sottoprodotto della digestione anaerobica) combinandolo con il principio dell'ingegneria dell'energia verde. L'assorbente acquoso di ammoniaca rinnovabile ricco di CO2 può essere utilizzato come fertilizzante a base di azoto ammoniacale da applicare direttamente nel terreno agricolo, evitando così i problemi degli assorbenti chimici tradizionali. Inoltre, i membri del team sono riusciti a rimuovere in modo efficiente e simultaneo CO2 e H2S dal biogas utilizzando un solvente acquoso di ammoniaca rinnovabile in un contattore a membrana gas-liquido. Rispetto al tipico assorbimento fisico (efficienza di rimozione di H2S: 48%), il solvente acquoso di ammoniaca rinnovabile 0,1 mol·L−1 NH3 potrebbe rimuovere il 97% di H2S dal biogas e l'efficienza di rimozione di H2S è meno influenzata dalle impurità in questo assorbente. Quando la soluzione acquosa di ammoniaca rinnovabile è stata regolata a 0,5 mol·L−1 NH3, il biogas può essere purificato nel biometano del gasdotto. Inoltre, le condizioni operative ottimali per la rimozione simultanea di CO2 e H2S nel contattore a membrana a fibra cava sono state determinate esplorando l'influenza di vari parametri operativi come la temperatura e la portata gas-liquido durante il processo di assorbimento della membrana, che hanno fornito una certa teoria teorica base e supporto tecnico per lo sviluppo verde del processo di upgrading del biogas. Questo studio è stato pubblicato su Frontiers of Agricultural Science and Engineering nel 2023, 10(3). DOI: 10.15302/J-FASE-2022473.

Frontiere delle scienze e dell'ingegneria agraria

10.15302/J-PHASE-2022473

Studio sperimentale

Non applicabile

VALORIZZAZIONE DEL BIOGAS ATTRAVERSO LA RIMOZIONE SIMULTANEA DI CO2 E H2S MEDIANTE SOLUZIONE ACQUOSA DI AMMONIACA RINNOVABILE IN CONTATTORE A MEMBRANA