Il progetto ZEPHYRUS ha sviluppato processi innovativi per la produzione di idrogeno attraverso la gassificazione di biomasse e scarti
di Luca Del Zotto
Uno degli obiettivi principali da raggiungere nel prossimo futuro, nel contesto climatico attuale, è la riduzione della dipendenza dai combustibili fossili, l’ottimizzazione dell’utilizzo delle energie rinnovabili e la diminuzione delle emissioni di CO2 nell’atmosfera.
Da qui nasce l’idea del progetto ZEPHYRUS – (Z)ero (E)mission (P)rocesses for (HY)drogen production via (R)eversible (U)se of (S)orbents, finanziato da Lazio Innova S.p.A. nell’ambito dell’avviso “Progetti Gruppi di Ricerca 2020” della Regione Lazio.
Il progetto, della durata di 2 anni, vede coinvolti l’Università Guglielmo Marconi, l’ENEA e l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) di Frascati. ZEPHYRUS si focalizza sullo sviluppo di processi innovativi di gassificazione. In particolare mira a dimostrare, attraverso la Sorption Enhanced Gasification integrata con sorbenti, catalizzatori e celle SOFC, la fattibilità tecnica di conversione di biomasse di scarto con riduzione dei costi, aumento di efficienza e cattura della CO2.
La Sorption Enhanced Gasification è un processo che consente di ottenere un gas con elevata con un alto contenuto di idrogeno grazie alla separazione della CO2 dal gas di sintesi attraverso l’impiego di sorbenti e catalizzatori. È infatti noto che una delle problematiche connesse ai sistemi di gassificazione è soprattutto quella degli inquinanti prodotti durante il processo, particolato solido, tar gli idrocarburi pesanti e i composti in traccia (di S e Cl), da rimuovere affinché il syngas sia utilizzabile per la produzione di energia elettrica nei motori a combustione interna e ancor di più nelle celle a combustibile.
Nell’ambito del progetto sono state condotte delle campagne sperimentali all’interno di un reattore a tamburo rotante (Rotary Drum Reactor RDR) che hanno dimostrato come con l’aumento dei tempi di calcinazione e della temperatura si possano raggiungere valori di concentrazione dell’idrogeno sino al 50% su base secca e senza azoto.
Inoltre sono stati testati, in un micro-reattore a scala di laboratorio, dei sorbenti e catalizzatori per la cattura dell’H2S e la conversione del tar a valle del processo di Sorption Enhanced Gasification. Per quel che riguarda l’assorbimento dell’H2S, le migliori prestazioni sono state ottenute con un sorbente a base di ZnO a 550 °C, raggiungendo una capacità di assorbimento di 5,4 g per 100 g di sorbente e un tempo di breakthrough di 2,7 h. Per quel che riguarda la rimozione dei tar, utilizzando un catalizzatore commerciale, i risultati delle prove sperimentali hanno dimostrato che con una GHSV (Gas Hourly Space Velocity) vicino a 4500 h-1 e una temperatura di 850 °C è possibile raggiungere una conversione completa del tar.
I sorbenti sono stati successivamente sottoposti all’analisi di diffrazione ai raggi X accoppiata a quella di fluorescenza X, che hanno permesso di conoscere la struttura cristallina dei materiali ante processo e post processo, per poter valutare eventuali cambiamenti rispetto al materiale tal quale dovuti proprio alla presenza di specie inquinanti. In generale, si è osservato che la presenza di zolfo riscontrata sia in diffrazione (come NiS) che in fluorescenza ha determinato un peggioramento delle performance del catalizzatore, in quanto l’ambiente riducente dell’H2S ha portato alla produzione di sostanze che hanno rovinato le capacità catalitiche del materiale in esame.
Alla luce di questi risultati e delle possibilità che lasciano intravedere, la produzione di idrogeno verde, oltre che attraverso l’elettrolisi dell’acqua, dovrebbe essere affiancata da altri processi che, come nel caso specifico, consentirebbero di risolvere, almeno in parte, alcuni annosi problemi di cui si discute da tempo come quello dei rifiuti o più in generale delle biomasse residuali.
