Un impianto di trattamento di fanghi derivanti da acque reflue urbane, sito a Genova, invece di smaltire in torce industriali il biogas prodotto, lo ha impiegato per alimentare un alimentare un cogeneratore (CHP) e produrre energia elettrica e calore. I dati raccolti in questa questa case study hanno di indagare le potenzialità di tale soluzione e di quantificare i vantaggi che ha apportato in termini di efficienza energetica, risparmio economico e riduzione delle emissioni di biossido di carbonio.
Acque reflue urbane: trasformare un problema in risorsa
Le attività sociali, produttive e ricreative in ambito urbano richiedono l’utilizzo di una significativa quantità di acqua che ha come diretta conseguenza la generazione di scarichi inquinanti.
Inoltre, le acque meteoriche, che negli ambienti naturali sono soggette a un processo di purificazione naturale filtrando lentamente attraverso il terreno, negli ambienti caratterizzati da una presenza consistente di superfici non permeabili di edifici e aree asfaltate scorrono rapidamente verso i sistemi fognari, portando con sé lungo il percorso una notevole quantità di contaminanti (sostanze chimiche, oli, metalli pesanti, residui di pesticidi, fertilizzanti ecc…).
Al fine di minimizzare l’inquinamento ambientale vengono ampiamente adottate misure di gestione delle acque reflue nelle aree urbane e una di queste è il trattamento delle stesse con processi biologici, da cui deriva la produzione di fanghi e acque di processo.
I fanghi vengono ulteriormente trattati in impianti dedicati alla produzione di biogas, un gas naturale costituito principalmente da metano, anidride carbonica e altri elementi quali ossigeno, idrogeno e azoto ottenuto attraverso la fermentazione anaerobica delle biomasse.
Il biogas prodotto negli impianti di depurazione delle acque in seguito alla digestione anaerobica dei fanghi può essere utilizzato come combustibile di un sistema di cogenerazione (CHP) per produrre energia elettrica e termica rinnovabile, contribuendo alla riduzione della produzione energetica da combustibili fossili e, di conseguenza, delle emissioni in atmosfera di CO2.
L’impiego del biogas per la generazione combinata di calore ed energia: il caso dell’impianto di trattamento fanghi di Genova
Il biogas generato nel digestore di un impianto di depurazione sito a Genova è stato accoppiato con successo a tecnologie innovative per alimentare un cogeneratore e produrre il calore necessario a mantenere l’operatività della digestione anaerobica.
Il calore è stato impiegato dalla stessa azienda, che distribuisce anche gas naturale nella rete della città, anche per soddisfare il fabbisogno termico di una stazione di riduzione della pressione: è necessaria una fase di preriscaldamento del gas per prevenire cadute di temperatura eccessive dopo gli espansori e per evitare la formazione di cristalli di ghiaccio e idrati di metano (la temperatura minima ammessa in questo processo, a valle delle operazioni di riduzione di pressione, è pari a 5°C).
L’intero processo di produzione e di utilizzo del biogas è schematizzato nell’immagine sotto riportata.
Analisi dei dati e conclusioni
Il personale tecnico ha fornito i dati reali misurati nell’impianto di trattamento dei fanghi nel periodo 2009-2019, dai quali è stato possibile quantificare i vantaggi apportati dalla soluzione adottata.
Per calcolare la produzione di energia termica ed elettrica dalla cogenerazione e per trovare le migliori condizioni operative del CHP sono stati studiati due scenari caratterizzati da diverse modalità di impiego del biogas disponibile: nel primo scenario il biogas viene utilizzato esclusivamente per alimentare un generatore CHP mentre nel secondo scenario una parte del biogas è destinata al funzionamento di una caldaia a gas che produce calore per riscaldare i reattori di trattamento dei fanghi.
Dall’analisi è emerso che la soluzione ottimale consiste nel far operare il generatore CHP per 7000 [h/a] e utilizzare tutto il biogas disponibile per alimentarlo. In questo modo si genera abbastanza energia termica da soddisfare completamente i requisiti di preriscaldamento della stazione di riduzione della pressione del gas naturale, risparmiando fino a 3800 Nm3 di gas naturale all’anno.
Notevoli sono anche i benefici ambientali di questa soluzione tecnica, che permette di evitare l’emissione di CO2 equivalenti a 1882 [ton/a], contro le circa 1600 [ton/a] evitate nel caso in cui il biogas venga impiegato anche per alimentare la caldaia a gas preposta il riscaldamento dei digestori.
Per meglio comprendere gli ottimi risultati raggiunti possiamo considerare che, poiché secondo l’Environmental Protection Agency in media si può ritenere che un’auto emetta 4.6 [ton di CO2 /a], le emissioni di anidride carbonica evitate per i due scenari proposti sono pari a quelle di circa 350/400 auto, rispettivamente.
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