giovedì, Maggio 6, 2021

Idrogeno per una gestione circolare degli impianti di depurazione

Alcuni microrganismi sono in grado di catalizzare, in presenza di idrogeno, la conversione dell’anidride carbonica (CO2) in biometano (CH4), permettendo di rendere gli impianti di depurazione dei sistemi di conversione energetica

ENEA
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Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile è l’ente di diritto pubblico finalizzato alla ricerca e all’innovazione tecnologica. ENEA porta avanti attività di ricerca nell’ambito dell’economia circolare e promuove ICESP, iniziativa speculare e integrata a ECESP, Piattaforma Europea per l’Economia Circolare, con lo scopo di rappresentare in Europa le specificità italiane in tema di economia circolare.

Il settore del trattamento delle acque reflue in Italia è ancora largamente basato su modelli dissipativi. Gli impianti di depurazione, infatti, nella loro configurazione impiantistica più diffusa, risultano essere delle infrastrutture energivore e generalmente sprovviste di sistemi tecnologici in grado di garantire un adeguato sfruttamento e recupero di risorse durante le varie fasi di trattamento a cui sono sottoposte sia le acque reflue che i fanghi. Tuttavia, gli sviluppi tecnologici odierni hanno permesso di mettere a punto sistemi in grado di garantire una maggiore efficienza energetica con la possibilità di convertire gli impianti di depurazione in infrastrutture autosufficienti e potenzialmente in grado di generare surplus energetici utili alla collettività.

Trattamento anaerobico: stabilizzazione più energia

Nell’ambito dei cicli depurativi, il trattamento anaerobico dei fanghi ha lo scopo di provvedere alla stabilizzazione della frazione organica residuale e garantire, al contempo, un recupero energetico sotto forma di biogas. Tale approccio può risultare energeticamente ed economicamente sostenibile soprattutto negli impianti di taglia medio-grande ed in generale si presta a diverse misure di ulteriore efficientamento: questo sia mediante l’introduzione di fasi di pre-trattamento in grado di massimizzare le rese di conversione dei fanghi in percentuali significative di metano, sia favorendo un maggior sfruttamento del comparto di digestione anaerobica mediante il trattamento combinato di fanghi e di altre matrici organiche.

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Trattamento combinato fanghi – rifiuti urbani

In particolare, il trattamento combinato dei fanghi con la frazione organica dei rifiuti solidi urbani derivante dalla raccolta differenziata (FORSU), offre ulteriori margini di ottimizzazione in chiave di produzione energetica e contenimento delle emissioni attraverso l’applicazione di processi che prevedono lo sfruttamento dell’idrogeno (H2).

Una prospettiva ulteriore, dunque, in cui il settore depurativo diventa possibile anello di congiunzione tra il settore della produzione di energia elettrica rinnovabile e quello dei trasporti, in accordo con i drivers di sviluppo tecnologico rappresentati dalle recenti politiche europee che con il Green New Deal ha varato un nuovo pacchetto di riforme e investimenti che vedono nell’idrogeno (H2) un intermedio obbligato per guidare la transizione verso la neutralità carbonica.

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Idrogeno e microrganismi: la CO2 ‘diventa’ metano

Tra le tecnologie più interessanti c’è il processo di metanazione idrogenotrofa, basato sulla capacità di alcuni microrganismi specializzati – presenti negli ecosistemi naturali più estremi caratterizzati da assenza di ossigeno ed alte temperature – di catalizzare, in presenza di idrogeno, la conversione dell’anidride carbonica (CO2) in biometano (CH4), che può essere impiegato per sostituire il gas naturale di origine fossile nei suoi più svariati usi finali.

Aspetto particolarmente interessante sotto il profilo della sostenibilità energetica ed ambientale di tale processo, è che l’Idrogeno può essere generato in maniera sostenibile (il cosiddetto idrogeno verde), ad esempio a partire dal surplus di energia elettrica rinnovabile (fotovoltaica ed eolica) mediante elettrolisi dell’acqua.

L’approccio di gestione integrata dei fanghi negli impianti di depurazione, in accoppiamento con sistemi tecnologici in grado di produrre idrogeno verde, risulta particolarmente strategico se si guarda alle previsioni di crescita nei prossimi anni del numero di installazioni di impianti fotovoltaici ed eolici. E sempre tenendo in considerazione la distribuzione capillare sul territorio nazionale, sia degli impianti di depurazione che della rete del gas naturale, che permetterebbero di usare e non perdere il surplus di energia prodotta.

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Idrogeno impianti deputazione - sperimentazione ENEA
Prototipo sperimentale di impianto di metanazione biologica a partire da substrati gassosi

Da depuratori a sistemi di conversione energetica. La sperimentazione ENEA

In un tale scenario, laddove sussistano le necessarie condizioni tecniche, gli impianti di depurazione potrebbero fungere da veri e propri sistemi di conversione energetica, mentre la rete del gas naturale potrebbe essere sfruttata come infrastruttura di accumulo in grado di sopperire in parte ai noti limiti associati allo stoccaggio diretto dell’energia elettrica e dell’Idrogeno.

Il processo di metanazione idrogenotrofa rientra tra le biotecnologie in fase di sperimentazione e sviluppo da parte del Laboratorio Tecnologie per l’uso e gestione efficiente di acqua e reflui di ENEA (SSPT-USER-T4W), che conduce attività di ricerca e sviluppo di strumenti e soluzioni tecnologiche in grado di ottimizzare il recupero di materia ed energia dalle acque di scarico civili ed industriali, riducendo al contempo gli impatti derivanti dal loro trattamento e garantendo la qualità degli effluenti allo scarico.

© Riproduzione riservata

Articolo a cura di Antonio Giuliano e Luigi Petta.
ENEA – Agenzia nazionale per nuove tecnologie, energia e sviluppo economico sostenibile
Laboratorio per l’uso e gestione efficiente di acqua e reflui, SSPT-USER-T4W
C.R ENEA Bologna

 

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