di  -  lunedì 14 novembre 2011

Dopo avere introdotto la scorsa settimana il tema della Pirolisi, andiamo oggi ad esaminare più in dettaglio di cosa si tratta e come viene realizzata.

LA REAZIONE DI PIROLISI

Un esempio di reazione di pirolisi è quella del pentano (riportata da wikipedia), la cui molecola “in forma bruta” è C5H12 mentre la sua rappresentazione è la seguente:

La reazione di piroscissione avviene mediante una prima scissione omolitica che porta alla separazione della molecola di pentano in due radicali:

CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 → CH3-CH2-CH2· + CH3-CH2·

A partire da questi due radicali segue il fenomeno della propagazione attraverso la reazione di un radicale con un atomo di idrogeno di una nuova molecola di pentano (in grassetto corsivo):

CH3CH2· + CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 → CH3-CH3 + CH3-CH2-ĊH-CH2-CH3

A questo punto segue la terminazione, che nel caso del pentano può portare a due possibili risultati:

  • produzione di butano mediante accoppiamento: CH3-CH2· + CH3-CH2· → CH3-CH2-CH2-CH3
  • produzione di etano ed etilene mediante dismutazione: CH3-CH2· + CH3-CH2· → CH3-CH3 + CH2=CH2

Tale rappresentazione chimica del processo di pirolisi mostra come, a partire da una molecola organica piuttosto complessa, sia possibile giungere a molecole più semplici che rappresenteranno il prodotto del processo di pirolisi stesso.

FUNZIONAMENTO DELLA PIROLISI

Da quanto detto sopra, appare evidente come il processo di pirolisi in se abbia come fine ultimo quella della produzione di un prodotto intermedio rispetto a quanto fatto nei termovalorizzatori, spesso usati come termine di paragone (e citati anche nei commenti del precedente post) nei quali il rifiuto è la materia prima del processo mentre l’energia rappresenta il prodotto finale, pertanto un confronto diretto tra i due necessita sempre alcune precisazioni.

Sempre la scorsa settimana erano state esposte le caratteristiche dei prodotti del processo, il quale partendo da una materia organica solida produce:

  • una frazione solida indicata con il termine Char
  • una frazione volatile, la quale a sua volta si suddivide in:
    • una componente liquida, dovuta alla condensazione della frazione volatile dei prodotti
    • una componente gassosa, detta gas di pirolisi o Syngas (gas di sintesi) costituita dalle componenti non condensabili della frazione volatile dei prodotti

Lo schema di un impianto pirolitico tipico è rappresentato nella seguente figura:

(tratta da una pubblicazione della I.Co.M. Milano)

Tale schema mostra il particolare tipo di forno utilizzato, in questo caso di tipo rotativo, conosciuto anche come forno Kiln (ma si possono adottare anche altre soluzioni come quella a letto fluido), nel quale il materiale viene riscaldato ad una temperatura dell’ordine dei 600°C per un tempo più o meno lungo in funzione del target sulle percentuali reciproche di prodotti che si vogliono ottenere.

Tale riscaldamento avviene per via indiretta mediante l’impiego di un gas prodotto con la combustione di un combustibile che può essere una parte di quello prodotto nell’impianto stesso, oppure fornito esternamente, e di tale combustibile si dovrà tenere conto in sede di valutazione del bilancio energetico dell’impianto.

Dal forno di pirolisi fuoriescono i gas prodotti nel processo ed il residuo solido (char), dal quale può venire estratta la frazione di metalli eventualmente contenuti nella materia prima trattata, mentre il gas viene in parte condensato (per la parte condensabile di esso) e la restante frazione non condensata può venire utilizzata come combustibile per il processo oppure destinato ad altri impieghi.

CAMPI DI APPLICAZIONE DELLA PIROLISI

Un cenno agli impieghi della pirolisi è stato fatto nel precedente post, nel quale è stato ricordato quello che forse è stato il più antico impiego di tale processo, ovvero la produzione di carbone vegetale attraverso l’impiego della carbonaia, anche se in tale caso una percentuale minima di ossigeno risultava presente nel processo, mentre impieghi più moderni la vedono candidata al trattamento dei rifiuti ed alla produzione di combustibili di derivazione vegetale, ovvero i cosiddetti “Biocombustibili“.

Il tanto discusso trattamento dei rifiuti risulta uno dei campi di applicazione più interessanti per questo tipo di impianti in quanto permette di operare con emissioni inquinanti estremamente contenute ed in totale assenza delle tanto discusse diossine, poiché le temperature operative dell’impianto sono tali da non permetterne la loro formazione.

Anche per questa seconda puntata sulla pirolisi è tutto, la prossima settimana esamineremo le caratteristiche di alcuni impianti esistenti nel mondo oltre ad esplorare in maggiore dettaglio i campi di impiego di questa tipologia di impianti pertanto vi rinnovo l’appuntamento a lunedì prossimo,  sempre su AppuntiDigitali, sempre con la rubrica Energia e Futuro.

7 Commenti »

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  • # 1
    mortimer86
     scrive: 

    Ma il char ottenuto dalla pirolisi del legno potrebbe essere usato come il carbone?
    Visto che nella produzione di carbone è presente la combusione di ossigeno, dubito che il risultato possa essere utilizzato allo stesso modo (ad esempio come carbonella per il barbeque :D )

  • # 2
    Cipo
     scrive: 

    e come pm10 ecc… come stanno messi?

  • # 3
    Xeus32
     scrive: 

    @ mortimer86

    Si e no.
    Per ottenere la pirolisi è necessario molto calore, se si utilizza una fonte esterna di calore il processo diventa dispendioso in termini economici. L’applicazione standard di questo processo è la retificazione di bitumi. Nella produzione della benzina parte degli idrocarburi pesanti vengono trattati priroliticamente per dare origini a benzine che sono notoriamente un prodotto pregiato. In questo caso il processo prende il nome di reforming.
    Quindi in realtà il processo per fare carbone è fattibile ma spesso bisogna fare il conto con il soldo e vedere se scaldare e/o convogliare il calore prodotto dalla combustione del carbone stesso sia economicamente vantaggiosa.
    In termini puramente chimici, non parlerei di una vere pirolisi nella produzione di carbone ma principalmente di una disidratazione e rimozione delle sostanze volatili. A tali fenomeni vengono poi sicuramente affiancati processi di pirolisi ma di natura secondaria.

  • # 4
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ mortimer86

    Di fatto il residuo solido (char), a meno che non venga vetrificato, è utilizzabile come “carbone” pur non essendo in senso stretto del carbone così come lo intendiamo normalmente.

    @Cipo

    Le emissioni dei pirolizzatori sono piuttosto contenute, inoltre la capacità di vetrificare i residui solidi permette un abbattimento elevato delle emissioni di polveri, comunque nel prossimo post mostrerò qualche numero concreto

  • # 5
    marco rosini
     scrive: 

    Io direi che le diossine non si formano perchè nel processo non è coinvolto l’ossigeno (di-ossine, appunto :), non per le temperature, che – sopra i 1000 gradi – ne dovrebbero garantire l’assenza nei termoutilizzatori. Qui le temperature sono relativamente basse.
    Il punto focale di questa tecnologia è la possibilità di utilizzo di catalizzatori, in impianti in fase liquida che – appunto – permette la diffusione del catalizzatore. Con l’uso di catalizzatori cambiano drasticamente le efficienze, e consentono di operare a temperature inferiori. Si tratta di reattori chimici a tutti gli effetti, che possono gestire una gamma molto varia di “rifiuti”, purchè abbiano un potere calorifico superiore alle 2500-3000 kcal/kg.
    È una tecnologia estremamente inbteressante, che una volta adeguatamente sviluppata (o, meglio, industrializzata) potrà consentire di lasciarsi alle spalle gli impianti di combustione del rifiuto.
    Qui dalle mie parti è in via di autorizzazione un impianto sperimentale per il trattamento del fluff (che tra tutti i possibili input è forse il più ostico).
    Sembra molto promettente: speriamo bene!

  • # 6
    joe.vanni
     scrive: 

    Un uso interessante del CHAR (da biomasse) come fertilizzante per terreni esauriti.

    http://www.greenternet.info/2009/articoli/articolo.asp?intarticoloid=221

    Un altro impiego della pirolisi è per il trattamento di fanghi di origine biologici, come alternativa ai digestori da biogas.

    Con pirolisi si trattano anche terreni inquinati da petrolio, pneumatici, rifuti ospedalieri e rifiuti elettronici.

    Chiedo a Simone, che avrà avuto occasione di contattare qualche ditta che fa impianti di pirolisi: è vero che un impianto di pirolisi costa meno di uno equivalente di incenerimento per rifiuti solidi urbani?

  • # 7
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ joe.vanni

    La valutazione dei costi è sempre problematica e dipende dalle potenze in gioco… nel caso della pirolisi gli impianti non raggiungono potenze enormi, pertanto anche i costi devono venire valutati opportunamente… per un impianto da 5t/h di rifiuto in ingresso si parla di un ordine di grandezza di 20M€

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