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Conversione biogas in biometano e liquefazione per produzione bio-GNL
Il progetto Darchau: bio-GNL da liquami
L'impianto di Darchau è un sistema completo che integra il pre-trattamento, l'upgrading per convertire il biogas in biometano e la liquefazione per la produzione di bio-GNL con serbatoio criogenico e pompa per il carico delle cisterne criogeniche.
Esso è completo di sistema dispenser per utilizzo del GNL per i propri mezzi e un sistema per la liquefazione della CO2 con stoccaggio e carico.
L'impianto è stato realizzato per Ruhe Agrar, una delle più importanti aziende agricole tedesche, leader nella produzione di energia sostenibile, presente in Bassa Sassonia, Brandeburgo e Meclemburgo-Pomerania occidentale.
Questo è il primo progetto di 6 impianti, e parte di un accordo pluriennale di collaborazione più ampio che prevede la produzione di bio-GNL da biogas prodotto dai 5 impianti di biodigestione da liquami dell'allevamento di vitelli, alimentati con i vegetali prodotti dei terreni di pertinenza, e dagli scarti agricoli.
Oltre ad applicare la tecnologia Ecospray sui propri impianti, l'accordo prevede che Ruhe Agrar la proponga ai clienti che segue con la propria attività di manutenzione attraverso Green Line Liquid, società deputata alla manutenzione di questi impianti.
Questo accordo non solo garantisce ad Ecospray la distribuzione della propria tecnologia su uno dei territori più produttivi di biogas, ma anche di contribuire in modo significativo al raggiungimento degli obiettivi UE "Fit For 55", che prevedono la riduzione delle emissioni di gas serra del 55% entro il 2030.
Backgroung e obiettivi
La tecnologia di micro-liquefazione Ecospray, adottata da Ruhe Agrar, consente la migrazione degli impianti di biogas da elettrico a biocombustibile economicamente sostenibile, dotando gli impianti di biogas agricoli di moduli in grado di generare carburante per il trasporto su strada.
La collaborazione, infatti, va a rispondere alla necessità di convertire gli impianti che producono biogas e da esso ricavano energia elettrica per poi immetterla in rete. In Germania, nel 2021, erano installati circa 11.700 biodigestori: è il primo paese al mondo per numero di impianti, l'Italia è seconda in Europa e terza al mondo (dopo la Cina con 6.000 impianti) con circa 1.700 impianti.
I vantaggi e il potenziale di mercato della tecnologia di liquefazione su micro-scala sono significativi: con la micro-liquefazione qualsiasi attività agricola può diventare un impianto di produzione di bio-GNL. Il nuovo modulo di liquefazione può essere adattato a impianti di biogas esistenti per la conversione del biogas da elettricità in produzione diretta e locale di bio-GNL.
Grazie alla compattezza del sistema, le aziende agricole, anche le più piccole e decentralizzate, possono produrre biogas in modo autosufficiente utilizzando materiali residui dalle proprie attività e trasformarlo in bio-GNL.
Questa tecnologia permette quindi di dotare gli impianti di biogas agricoli di moduli che generano carburante per il trasporto su strada. Il bio-GNL prodotto può essere usato direttamente o miscelato al GNL ottenuto dal gas naturale convenzionale, con emissioni significativamente inferiori rispetto al gasolio.
L'unità compatta di Darchau da sola sostituisce circa 1,3 milioni di litri di diesel fossile all'anno e consente di risparmiare
fino a 7.000 tonnellate di CO2.
Descrizione processo
Pre-trattamento
Il pre-trattamento del biogas grezzo, che ha lo scopo di rimuovere dal biogas la parte di acqua e di acido solfidrico presente, è costituito dalle seguenti sezioni:
- Soffiante
- Carboni per rimozione H2S
- Chiller
- Dryer
Upgrading
L'impianto proposto da Ecospray si basa sull'applicazione nel settore specifico del biogas della tecnologia VPSA (Vacuum Pressure Swing Adsorption). Tale tecnologia deriva da quella PSA già diffusamente applicata in campo industriale, che utilizza varie tipologie di solidi per la cattura delle impurità (adsorbimento su adsorbente poroso) da eliminare nel flusso del gas da depurare.
Per adsorbire selettivamente le impurità presenti nel flusso di biogas, il sistema utilizza dei setacci molecolari che imprigionano le molecole più affini all'interno dei pori interstiziali presenti sulla loro superficie.
Il processo di adsorbimento sottovuoto opera a una temperatura sostanzialmente costante e utilizza l'effetto del cambio di pressione e della variazione della pressione parziale per eseguire l'adsorbimento e il desorbimento. Poiché non è necessario il riscaldamento o il raffreddamento, il tempo del ciclo può essere breve.
Le eventuali variazioni di temperatura sono causate principalmente dal calore dovuto all'adsorbimento e alla depressurizzazione. Ciò consente una durata estremamente lunga del materiale adsorbente.
Liquefazione
Il processo di liquefazione del biometano è suddiviso in due processi: polishing e liquefazione del biometano. Il processo di polishing è un passaggio fondamentale di purificazione del biometano prima della liquefazione; è necessario rimuovere l'acqua fino a 2 ppm e l'anidride carbonica fino a 50 ppm in modo da evitare la formazione di ghiaccio/ghiaccio secco all'interno delle apparecchiature che compongono la liquefazione e così evitare possibili danni ai componenti dell'impianto.
Gli off-gas prodotti nel polishing vengono ricircolati ai sistemi di pre-trattamento e upgrading in modo da recuperare il biometano presente in questi flussi (se presenti) o inviato ad un sistema di combustione (generatore o caldaia).
La liquefazione si basa sul ciclo Linde, che prevede un'espansione del gas mediante valvole di laminazione e utilizza salti multipli di pressione in funzione della portata di fluido da liquefare.
Ogni stadio è costituito da una separazione della portata principale in due flussi: il primo attraversa uno scambiatore, che viene raffreddato dal secondo flusso; il secondo, dopo la separazione, subisce una forte riduzione di pressione e temperatura attraverso una specifica valvola di laminazione.
L'azione congiunta delle valvole (di laminazione e controllo) permette di regolare la portata in modo da garantire la costanza della temperatura del flusso principale in uscita dallo scambiatore.
L'impianto è stato realizzato per Ruhe Agrar, una delle più importanti aziende agricole tedesche, leader nella produzione di energia sostenibile, presente in Bassa Sassonia, Brandeburgo e Meclemburgo-Pomerania occidentale.
Questo è il primo progetto di 6 impianti, e parte di un accordo pluriennale di collaborazione più ampio che prevede la produzione di bio-GNL da biogas prodotto dai 5 impianti di biodigestione da liquami dell'allevamento di vitelli, alimentati con i vegetali prodotti dei terreni di pertinenza, e dagli scarti agricoli.
Oltre ad applicare la tecnologia Ecospray sui propri impianti, l'accordo prevede che Ruhe Agrar la proponga ai clienti che segue con la propria attività di manutenzione attraverso Green Line Liquid, società deputata alla manutenzione di questi impianti.
Questo accordo non solo garantisce ad Ecospray la distribuzione della propria tecnologia su uno dei territori più produttivi di biogas, ma anche di contribuire in modo significativo al raggiungimento degli obiettivi UE "Fit For 55", che prevedono la riduzione delle emissioni di gas serra del 55% entro il 2030.
Backgroung e obiettivi
La tecnologia di micro-liquefazione Ecospray, adottata da Ruhe Agrar, consente la migrazione degli impianti di biogas da elettrico a biocombustibile economicamente sostenibile, dotando gli impianti di biogas agricoli di moduli in grado di generare carburante per il trasporto su strada.
La collaborazione, infatti, va a rispondere alla necessità di convertire gli impianti che producono biogas e da esso ricavano energia elettrica per poi immetterla in rete. In Germania, nel 2021, erano installati circa 11.700 biodigestori: è il primo paese al mondo per numero di impianti, l'Italia è seconda in Europa e terza al mondo (dopo la Cina con 6.000 impianti) con circa 1.700 impianti.
I vantaggi e il potenziale di mercato della tecnologia di liquefazione su micro-scala sono significativi: con la micro-liquefazione qualsiasi attività agricola può diventare un impianto di produzione di bio-GNL. Il nuovo modulo di liquefazione può essere adattato a impianti di biogas esistenti per la conversione del biogas da elettricità in produzione diretta e locale di bio-GNL.
Grazie alla compattezza del sistema, le aziende agricole, anche le più piccole e decentralizzate, possono produrre biogas in modo autosufficiente utilizzando materiali residui dalle proprie attività e trasformarlo in bio-GNL.
Questa tecnologia permette quindi di dotare gli impianti di biogas agricoli di moduli che generano carburante per il trasporto su strada. Il bio-GNL prodotto può essere usato direttamente o miscelato al GNL ottenuto dal gas naturale convenzionale, con emissioni significativamente inferiori rispetto al gasolio.
L'unità compatta di Darchau da sola sostituisce circa 1,3 milioni di litri di diesel fossile all'anno e consente di risparmiare
fino a 7.000 tonnellate di CO2.
Descrizione processo
Pre-trattamento
Il pre-trattamento del biogas grezzo, che ha lo scopo di rimuovere dal biogas la parte di acqua e di acido solfidrico presente, è costituito dalle seguenti sezioni:
- Soffiante
- Carboni per rimozione H2S
- Chiller
- Dryer
Upgrading
L'impianto proposto da Ecospray si basa sull'applicazione nel settore specifico del biogas della tecnologia VPSA (Vacuum Pressure Swing Adsorption). Tale tecnologia deriva da quella PSA già diffusamente applicata in campo industriale, che utilizza varie tipologie di solidi per la cattura delle impurità (adsorbimento su adsorbente poroso) da eliminare nel flusso del gas da depurare.
Per adsorbire selettivamente le impurità presenti nel flusso di biogas, il sistema utilizza dei setacci molecolari che imprigionano le molecole più affini all'interno dei pori interstiziali presenti sulla loro superficie.
Il processo di adsorbimento sottovuoto opera a una temperatura sostanzialmente costante e utilizza l'effetto del cambio di pressione e della variazione della pressione parziale per eseguire l'adsorbimento e il desorbimento. Poiché non è necessario il riscaldamento o il raffreddamento, il tempo del ciclo può essere breve.
Le eventuali variazioni di temperatura sono causate principalmente dal calore dovuto all'adsorbimento e alla depressurizzazione. Ciò consente una durata estremamente lunga del materiale adsorbente.
Liquefazione
Il processo di liquefazione del biometano è suddiviso in due processi: polishing e liquefazione del biometano. Il processo di polishing è un passaggio fondamentale di purificazione del biometano prima della liquefazione; è necessario rimuovere l'acqua fino a 2 ppm e l'anidride carbonica fino a 50 ppm in modo da evitare la formazione di ghiaccio/ghiaccio secco all'interno delle apparecchiature che compongono la liquefazione e così evitare possibili danni ai componenti dell'impianto.
Gli off-gas prodotti nel polishing vengono ricircolati ai sistemi di pre-trattamento e upgrading in modo da recuperare il biometano presente in questi flussi (se presenti) o inviato ad un sistema di combustione (generatore o caldaia).
La liquefazione si basa sul ciclo Linde, che prevede un'espansione del gas mediante valvole di laminazione e utilizza salti multipli di pressione in funzione della portata di fluido da liquefare.
Ogni stadio è costituito da una separazione della portata principale in due flussi: il primo attraversa uno scambiatore, che viene raffreddato dal secondo flusso; il secondo, dopo la separazione, subisce una forte riduzione di pressione e temperatura attraverso una specifica valvola di laminazione.
L'azione congiunta delle valvole (di laminazione e controllo) permette di regolare la portata in modo da garantire la costanza della temperatura del flusso principale in uscita dallo scambiatore.
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Fonte: Guida Biometano - Bio-Gas - Biomasse 2023
Settori: Biocarburanti, Bioenergia, Biogas, Biomasse, Biometano, Cogenerazione, Combustibili, Efficienza energetica industriale, Energie non rinnovabili, GAS, Gas naturale, GNL, Metano, Refrigerazione, Rinnovabili
Parole chiave: Bio GNL, Biogas, Biomasse, Biometano, Biometano Liquefatto, Criogenia, GNL, Tecnologie di upgrading
