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Le tipologie di Gas da fonti rinnovabili - Gianluca Cavalaglio -

La digestione anaerobica è un processo termochimico che, in assenza di ossigeno, permette di ottenere un BIOGAS composto principalmente da METANO ed ANIDRIDE CARBONICA; tale reazione avviene anche spontaneamente, per esempio in cumuli di sostanza vegetale tal quale.

La percentuale di METANO presente nel BIOGAS varia tra il 50% e l’80% a seconda delle tipologie di biomasse impiegate e del tipo di processo determinando un diverso POTERE CALORIFICO variabile tra 4.500 Kcal/m3 e 6.500 Kcal/m3.

In tabella vengono riassunte le caratteristiche medie del BIOGAS prodotto da digestione anaerobica.

La GASSIFICAZIONE è un processo termochimica di sfruttamento della dissociazione molecolare che di attua ad elevate temperature ed in assenza di comburente.

La miscela di gas che si forma viene denominata syngas, o gas di sintesi, e presenta le caratteristiche medie riportate in tabella

Trattamento del gas

Per poter immettere nella rete di TRASMISSIONE nazionale il gas da fonte rinnovabile è necessario eseguire dei trattamenti di purificazione per poter rientrare nelle caratteristiche standard del GAS NATURALE.

Per poter spiegare meglio questo concetto, bisogna tener presente che tutti i fornitori di GAS NATURALE, al momento dell’allaccio di nuove utenze, stipulano con queste un contratto che prevede il mantenimento di una fornitura standardizzata rispetto a determinati parametri, in particolar modo riguardo il POTERE CALORIFICO superiore.

È facile capire che una miscela di gas in cui la massima percentuale di METANO, per quanto visto in precedenza, è dell’80% abbia un POTERE CALORIFICO minore rispetto al GAS NATURALE che è formato quasi esclusivamente da METANO.

Perciò, bisogna agire sul gas prima di immetterlo nella rete.

Le operazioni che devono essere svolte riguardano l’assorbimento o la separazione di tutte quelle componenti che non contribuiscono al potere energetico del gas da fonte rinnovabile.

Nel caso di gas da digestione anaerobica, ipotizzando il trattamento di circa 10 m3 ora di BIOGAS, le operazioni da compiere sono:

  • l’eliminazione di gran parte dei gas che non siano METANO: H2S, NH4, VAPORE ACQUEO ed altri; il contenuto di IDROGENO solforato passa da 500 PPM a meno di 3 PPM. con un processo in presenza di ossigeno e conversione in solfato e con un passaggio attraverso un filtro a carboni attivi;
  • di seguito, con setacci molecolari in pressione, la CO2 passa dal 30% a meno del 2% in volume; a seguito di questa operazione, il contenuto di METANO viene elevato dal 55% di riferimento medio, al 95% della miscela totale;
  • per motivi di sicurezza, il BIOGAS deve essere filtrato e soprattutto odorizzato, altrimenti non saremmo in grado di percepire eventuali perdite o fughe dal sistema di DISTRIBUZIONE nelle singole utenze.

Infine dopo una serie di controlli qualitativi, circa 6m3 di gas vengono immessi in rete, solo se le caratteristiche rimangono all’interno delle specifiche imposte per il gas della rete.

Se il BIOGAS non supera i controlli viene utilizzato in loco.

Se viene trattato gas prodotto in discarica, questo deve essere purificato anche da eventuali componenti in fase liquida (percolati) altamente inquinanti e dannosi sia per la salute umana che per gli impianti di conversione energetica.

Se viene trattato gas prodotto da sistemi di GASSIFICAZIONE e/o pirolisi, allora questo deve subire anche un trattamento meccanico per l’eliminazione delle componenti solide che vengono trascinate all’interno del gas; i sistemi più utilizzati per tale operazione di purificazione sono i cicloni o i cicloni multistadio (detti multicicloni).

Una volta raggiunte le caratteristiche chimiche ideali, prossime a quelle del GAS NATURALE, il gas da fonte rinnovabile deve essere portato alla pressione della rete ed immesso nella stessa.

Questa operazione è di fondamentale importanza ma comporta costi di gestione molto elevati: il gas deve essere compresso ad alte pressioni con notevole consumo di energia elettrica.

La rete di DISTRIBUZIONE del GAS NATURALE si compone di ben sette livelli di pressione a seconda del tipo di tubazione e quindi della portata e del flusso di gas necessario alle utenze finali; troviamo così una rete principale ad alta pressione maggiori di 24 bar, per scendere poi a pressioni molto basse dell’ordine degli 0,04 bar.

Nel caso del VETTORIAMENTO, gli impianti di generazione del gas da fonte RINNOVABILI non saranno localizzati in prossimità dei centri abitati, per ovvi motivi logistici; perciò il gas verrà immesso nelle tubazioni di maggior trasporto, ovvero quelle a maggior pressione.

Per questo motivo, l’operazione di immissione vera e propria del gas, coincidente per la maggior parte con la pressurizzazione dello stesso, è l’operazione energeticamente più costosa.

CONTABILIZZAZIONE del BIOGAS/syngas

Affinché sia possibile operare in regime di VETTORIAMENTO di gas da fonte rinnovabile, è necessario innanzitutto stabilire le procedure per il calcolo dell’effettiva energia immessa nella rete.

A tale proposito si fa riferimento al calcolo del POTERE CALORIFICO superiore del GAS NATURALE come riportato nella delibera 237/00 del 28 dicembre 2000, articolo 16: l’energia fornita ad un cliente attraverso un etro cubo di gas combustibile dipende da tre parametri fisici:

  • il POTERE CALORIFICO superiore del gas;
  • la pressione di misura del gas;
  • la temperatura di misura del gas.

Le tariffe vengono calcolate nelle condizioni di gas a condizioni standard, ovvero 15°C e alla pressione assoluta di 1, 01325 bar.

Il valore del POTERE CALORIFICO superiore convenzionale del GAS NATURALE è rappresentato dal POTERE CALORIFICO superiore effettivo del gas distribuito nel precedente anno termico, calcolato con apposite formule a seconda del numero di punti di alimentazione dell’impianto di DISTRIBUZIONE.

La CONTABILIZZAZIONE del gas verrà realizzata sulle effettive calorie di BIOGAS immesso in rete: realizzare questo tipo di conteggio consentirà una facile acquisizione del GAS NATURALE equivalente da parte delle utenze finali che usufruiranno del servizio.

Il concetto di base è che le utenze che compreranno il gas da fonte rinnovabile situate a grande distanza dal punto di immissione, ovviamente, non impiegheranno quel gas ma una quantità equivalente di GAS NATURALE prelevato dalla rete di DISTRIBUZIONE; per questo motivo si rende necessaria una revisione del sistema di incentivazione dei CERTIFICATI VERDI ed una verifica costante dei rendimenti degli impianti di conversione energetica elettrica.

Il VETTORIAMENTO del gas da fonte rinnovabile rappresenta un’ottima soluzione per lo sviluppo dell’energia rinnovabile prodotta in Italia.

Il punto di forza dell’attivazione di un tale sistema di DISTRIBUZIONE del gas da fonte rinnovabile consiste nel minor costo di realizzazione dell’impianto: nelle filiere di produzione del BIOGAS o del syngas da gassificazione, l’acquisto del sistema di conversione energetica del gas incide per circa un 30% del costo totale d’impianto.

Ciò significa che gli impianti di produzione del gas da fonte rinnovabile possono essere più facilmente e più rapidamente (perché non producendo energia i tempi burocratici per la richiesta delle necessarie autorizzazioni non vengono conteggiati) realizzati.

A parziale contropartita negativa del sistema di VETTORIAMENTO c’è l’aumento dei costi dato dai sistemi di purificazione (come quello in figura) e soprattutto dal sistema di pressurizzazione del gas; questi costi possono essere ammortizzati qualora parte degli incentivi economici forniti dai CERTIFICATI VERDI che, essendo rilasciati sulla produzione di energia elettrica, vengono contabilizzati dagli utenti finali del VETTORIAMENTO e non agli effettivi produttori delle fonti di energia rinnovabile.

A fronte di quanto detto, le problematiche principali che dovranno essere affrontate nel progetto di VETTORIAMENTO sono quindi identificabili in:

  • aggiornamento della normativa italiana con la definizione di priorità di DISPACCIAMENTO del gas da fonti RINNOVABILI rispetto al GAS NATURALE proveniente dall’estero;
  • definizione di uno standard di caratteristiche chimicofisiche ed energetiche del gas da fonte rinnovabile che verrà immesso nella rete al fine di garantire gli standard attualmente in vigore alle utenze finali del servizio;
  • ricerca delle migliori tecnologie per la purificazione del gas da fonte rinnovabile al fine di garantire gli standard di cui sopra;
  • programmazione della quantità massima che si può iniettare/immettere nella rete a seconda del punto di immissione e della potenza della rete;
  • realizzazione di un sistema di CONTABILIZZAZIONE per l’analisi della portata e del POTERE CALORIFICO del GAS NATURALE immesso in rete;
  • CERTIFICAZIONE della filiera corta e verifica della garanzia d’origine.

Le tipologie di Gas da fonti RINNOVABILI
co-Autori Daniele Giraldi, Luca Camilloni, Sara Rinaldi