RICERCA E SVILUPPO: Nuovo processo per il trattamento dei fanghi di depurazione basato su pirolisi, recupero di energia e valorizzazione del biochar

Il progetto PYROCHAR, finanziato dal Seventh Framework Programme dell'Unione Europea e coordinato dalla Società francese E.T.I.A., sta sviluppando una soluzione efficiente e conveniente dal punto di vista energetico per gestire i fanghi prodotti dalle piccole aziende municipalizzate degli stati membri.

Oltre ad E.T.I.A. il progetto include 4 P.M.I.: Enviro-Pharm LTD (Ungheria), Hydro Italia SRL (Italia), Turguc (Turchia) e Biboaqua S.L. (Spagna); e 3 centri di ricerca: University of Teeside (Regno Unito), Tecnologia Avanzadas Inspiralia S.L. (Spagna)e Messag (Svizzera).

L’attuazione della Direttiva Europea Quadro sulle acque – compresa, fra le altre la Direttiva per il Trattamento delle Acque Reflue Urbane 91/271/EEC e la Direttiva Fanghi 86/278/EEC – migliorando la qualità generale e la gestione delle risorse idriche nell’Unione, ha portato ad una situazione complessa nella quale, oggi, tra i 26 stati membri vengono prodotti annualmente 10 milioni di tonnellate di fanghi di depurazione. In particolare, i piccoli impianti di trattamento delle acque reflue (ad es. impianti di depurazione di popolazione equivalente inferiore a 10.000), che rappresentano più del 60% degli impianti in Europa, devono fare i conti non solo con legislazioni europee e nazionali sempre più restrittive ma anche con la mancanza di infrastrutture e limitate possibilità di smaltimento dei fanghi, dal momento che lo smaltimento in discarica non è consentito nella maggior parte dei paesi membri e sarà presto completamente vietato.
Ufficialmente iniziato il 1° Novembre 2013, il progetto PYROCHAR, mira a dimostrare la fattibilità tecnica e la convenienza economica di un innovativo processo di conversione termo-chimica dei fanghi di depurazione comunale in biochar (carbone da trattamento di pirolisi) e gas di sintesi (syngas).

Dal momento che si utilizzano trattamenti che richiedono un’elevata energia termica (essiccazione lenta + pirolisi) per il ridurre il volume del fango del 95% e convertire lo stesso fango in un sottoprodotto stabile (biochar), il progetto PYROCHAR si basa sul recupero ed il riutilizzo dell’energia contenuta nel fango al fine di minimizzare il consumo totale di energia. Questo è reso possibile da due fattori:
1)  bruciare il syngas proveniente dalla pirolisi in una turbina a gas in modo da produrre l’energia termica ed elettrica necessarie al sistema;
2) utilizzare il calore residuo del biochar in modo da compensare parte del fabbisogno di gas caldi nell'essiccatore. All'atto pratico, il processo integrerà un sistema di controllo flessibile con le specifiche impostazioni operative della pirolisi in modo da assicurare che il syngas prodotto non contenga gas condensabili (principalmente H2, CO, CH4, CO2) ed idrocarburi, in varie proporzioni che dipendono non solo dalla composizione ed umidità delle materie prime in ingresso, ma anche dal tipo di reattore di pirolizzazione e dai parametri operativi (ad es. il tempo di residenza e la temperatura). Per minimizzare il livello di inquinanti ad un contenuto accettabile per il funzionamento della turbina, è in fase di sviluppo un’innovativa tecnologia catalitica a servizio del sistema. Questa consentirà sia la pulizia del syngas caldo sia il miglioramento dell’efficienza in termini di emissioni di carbonio attraverso la rimozione di catrami in modo da produrre più syngas. Inoltre, il biochar prodotto verrà valorizzato ed il suo valore di mercato valutato in 3 applicazioni principali: energia, ambiente ed agricoltura.

Il progetto PYROCHAR ha una durata di 24 mesi ed è organizzato come segue:

· Un primo periodo di 9 mesi incentrato principalmente su due aspetti principali: 1/caratterizzazione del fango di depurazione e del prodotto della pirolisi e 2/lo studio scientifico degli inquinanti del syngas e la valutazione e produzione di catalizzatori efficienti. Questo primo periodo si è concluso alla fine di Luglio 2014.

· Un secondo periodo di 15 mesi dedicati alla progettazione / dimensionamento dell’unità di pulizia del syngas, della turbina a gas, dei sistemi di recupero del calore e del sistema di monitoraggio complessivo e la costruzione, prova e validazione di un prototipo di taglia semi-industriale (in grado di trattare fino a 50 kg di fanghi disidratati all'ora).
Nel seguito verranno sviluppati ulteriormente i diversi lavori di ricerca svolti durante i primi 9 mesi del progetto.

Caratterizzazione dei fanghi di depurazione, del processo di pirolisi e suoi sottoprodotti

L’obiettivo della prima parte del progetto è stato quello di eseguire una approfondita analisi della composizione, della resa e delle principali caratteristiche chimiche e fisiche sia del fango di depurazione sia dei sottoprodotti della pirolisi. I dati raccolti sono stati usati per ottenere una prima caratterizzazione integrata ed ottimizzazione del processo di pirolisi. A tale riguardo, al fine di garantire una sufficiente varietà di fango, sono stati raccolti campioni rappresentativi di fango provenienti da diversi impianti di trattamento acque situati in 4 diversi paesi (Spagna, Francia, Regno Unito e Ungheria).