Monitoraggio dei VOC: il segreto per l'ottimizzazione del processo di upgrading del biometano

Pollution

Una tra le principali cause di perdita di redditività di un impianto di upgradig da biogas a biometano è la presenza di alcuni inquinanti che compromettono la produzione di biometano. Pollution Analytical Equipment ha presentato la soluzione studiata proprio per rispondere alla concreta problematica di ottimizzazione del processo di upgrading.

Una tra le principali cause di perdita di redditività di un impianto di upgradig da biogas a biometano è la presenza di alcuni inquinanti che compromettono la produzione di biometano.
Tra il 2015 e 2016, S.E.S.A. (Società Estense Servizi Ambientali) ha realizzato il primo impianto di produzione di biometano in Italia che utilizza FORSU (Frazione Organica Rifiuti Solidi Urbani) derivante dal materiale organico proveniente dalla raccolta differenziata.
Essendo stati tra i primi a realizzare un impianto di questa tipologia, all'attivazione dello stesso emersero subito alcune problematiche dovute alla presenza di inquinanti. Nacque così la necessità di monitorare i composti organici volatili (VOC), presenti in quantità significativa in tutti i biogas ottenuti dalla fermentazione anaerobica del materiale organico. S.E.S.A. aveva necessità di un sistema di monitoraggio on-line dei VOC al fine di capire quando sostituire i carboni attivi nei sistemi di purificazione del biogas. I filtri a carboni attivi sono infatti il metodo più diffuso per eliminare le impurezze (principalmente H2S e VOC) dal biogas prima di inviarlo alla fase di upgrading a biometano. I carboni attivi assorbono gli inquinanti come spugne, perciò la loro efficienza deve essere costantemente monitorata così da rilevare il momento in cui raggiungono la saturazione, e quindi procedere alla loro sostituzione al fine di proteggere adeguatamente il sistema di upgrading, assicurare la qualità del biometano prodotto e garantire la redditività dell'impianto. Se i carboni attivi non rimuovono le impurezze dal biogas si corre infatti il rischio di imbattersi in diversi problemi, a seconda del processo di upgrading scelto: alcuni sistemi rilasciano le impurezze in atmosfera con conseguenti ricadute odorigene; altri sistemi invece possono far arrivare le impurezze inalterate nel biometano con conseguenti problemi legati alle specifiche di qualità. In tutti i casi viene alterato il buon funzionamento dell'impianto. Inoltre, studi eseguiti da Hera e Italgas hanno dimostrato che alcuni VOC (principalmente terpeni e chetoni, ma non solo) hanno un effetto negativo sulla odorizzabilità del biometano, poiché interferenti dell'odorizzante (THT o TBM), e ciò risulta particolarmente grave nel caso in cui il biometano prodotto debba essere immesso in una rete di distribuzione gas ad uso domestico, in quanto l'odorizzante è ciò che rende il gas percepibile all'olfatto nel caso di una eventuale perdita.
Inizialmente, per individuare il momento in cui avveniva la saturazione dei carboni attivi, il laboratorio interno di S.E.S.A. effettuava analisi quotidiane sui VOC, impiegando personale per il campionamento in impianto e personale per le analisi in laboratorio, ma questo implicava tempi e costi molto elevati.
Nel 2017 Pollution Analytical Equipment, azienda bolognese che, da più di 30 anni, realizza sistemi innovativi per l'analisi chimica on-site di composti volatili, ha presentato a S.E.S.A. la soluzione studiata proprio per rispondere alla sua concreta problematica di ottimizzazione del processo di upgrading. I filtri a carboni attivi sono da sostituire o rigenerare ogni volta che si saturano e ciò incide in maniera molto rilevante sui costi di gestione di un impianto di produzione di biometano. La durata della loro carica è difficilmente prevedibile per cui è necessario un monitoraggio continuo dell'efficienza del sistema di abbattimento. Cambiare troppo frequentemente i carboni attivi significa aumentare molto i costi fissi senza una reale necessità, perciò è importante un sistema che garantisca il miglior equilibrio fra sicurezza e risparmio.
Pollution Analytical Equipment, per raggiungere questo obbiettivo, ha sviluppato una soluzione costituita da un micro-gascromatografo (MicroGC Fusion) abbinato ad un sistema per il campionamento riscaldato (MPF - Multi Point Flammable). Durante l'attività sperimentale con la soluzione di Pollution Analytical Equipment, della durata di circa un anno, è stato possibile analizzare e misurare la concentrazione di centinaia di VOC, diversi in tutti i biogas analizzati, ed identificarli come traccianti all'entrata e all'uscita del sistema di abbattimento a carboni attivi. È stato inoltre verificato che i VOC possono variare in qualità e quantità nel corso del tempo, a seconda della stagione e della dieta del digestore.
Questa innovativa soluzione, ha così permesso di misurare l'efficienza del sistema di abbattimento ed avvertire l'operatore di S.E.S.A. in tempo reale nel caso di aumento delle concentrazioni delle sostanze target e quindi di saturazione dei filtri a carboni attivi, al fine di impedire alle impurezze di compromettere il sistema di upgrading o l'odorizzabilità del biometano; inoltre ha permesso di procedere alla sostituzione dei carboni attivi solo quando realmente arrivati a saturazione, garantendo così la sicurezza dell'impianto e il risparmio sull'utilizzo di questo consumabile.
La maggior parte dei sistemi di upgrading accettano una quantità di VOC non superiore ai 5ppm, di conseguenza il sistema di analisi sviluppato è in grado di quantificare pochi ppm. È di seguito riportato il grafico con gli andamenti della somma delle concentrazioni dei VOC nei flussi in entrata (blu) e dei flussi in uscita (giallo) dal sistema di abbattimento.
La strumentazione sviluppata da Pollution Analytical Equipment ha soddisfatto i requisiti di ripetibilità, velocità e affidabilità nel tempo grazie alla robustezza di questa tecnologia ormai consolidata. Si conclude che il sistema proposto risponde in maniera precisa e rapida ad una problematica concreta di ottimizzazione del processo di upgrading, evitando guasti al sistema e risparmiando sulla carica dei filtri a carboni attivi. Aiuta inoltre a a monitorare i requisiti di sicurezza sull'odorizzabilità del biometano per l'immissione in rete, abbassando i costi operativi e contribuendo a rendere economicamente sostenibili anche impianti di biometano di piccole/medie dimensioni, come quelli dedicati al settore agricolo.