Tecnologie HYSYTECH, oltre l’upgrading: liquefazione della CO2
HYSYTECH è una società di ingegneria fondata a Torino nel 2003, parte del gruppo Nippon Sanso, specializzata nella progettazione, sviluppo e implementazione industriale di nuove tecnologie e apparecchiature di processo chiavi in mano, le cui capacità partono dal know-how nell’ingegneria chimica e di processo, arrivando alla messa in servizio, monitoraggio e manutenzione.
HYSYTECH opera prevalentemente nel campo della generazione, trattamento e recupero di gas industriali, liquidi organici ed energia, secondo le pratiche ingegneristiche di primo livello nel mondo impiantistico, anche attraverso l’implementazione di tecnologie proprie per l’idrogeno, il biometano, il bio-GNL e il recupero di CO2.
L’azienda torinese ha inoltre sviluppato una soluzione per liquefare la CO2 catturata durante l’upgrading del biogas in biometano, una tecnologia che genera CO2 biogenica (Bio CO2) in grado di soddisfare le specifiche per applicazioni tecniche e per il mercato alimentare e delle bevande, massimizzando al contempo il recupero di biometano fino al 99,9% o superiore.
Approfondendo i processi di conversione del biogas in biometano e l’upgrading della CO2 biogenica, è importante precisare che per la purificazione e la separazione del biogas HYSYTECH usa tecnologie differenti a seconda della fonte del biogas stesso.
Ci sono, infatti, fonti più facili da processare rispetto ad altre. Oggi il mercato è fortemente focalizzato sulla biomassa agricola, che tende a essere la forma di biogas con minor tenore di impurità. In misura minore, il biogas viene generato dal trattamento delle acque reflue o dai rifiuti urbani. Queste fonti possono essere più difficili da processare, poiché possono contenere quantità maggiori di impurità, zolfo, COV, ammoniaca e silossani. Infine, c’è il gas di discarica, che tende a essere molto difficile da trattare per i livelli di azoto e ossigeno.
Non tutti questi impianti a biogas, tuttavia, generano CO2 biogenica: se molti di essi già effettuano l’upgrading del biogas per catturare la CO2, la maggior parte utilizza ancora la cogenerazione di calore ed energia elettrica dal biogas.
La maggior parte dei circa 19.000 impianti a biogas attivi in Europa, tuttavia, è alimentata con scarti agricoli, che sono generalmente adatti all’upgrading del biogas in biometano con cattura della CO2 biogenica: c’è ancora un enorme potenziale di mercato da sfruttare.
Analizzando nel dettaglio la tecnologia di trattamento del biogas, è bene chiarire che, a seconda della biomassa, potrebbero essere necessarie diverse fasi di pretrattamento per rimuovere composti solforati, composti organici, ammoniaca e umidità. Esistono diverse alternative per eseguire queste operazioni: HYSYTECH sceglie il tipo di pretrattamento in base alle impurità presenti nella fonte e, successivamente, si implementa una delle due principali tecnologie di upgrading del biogas per separare il biometano dalla CO2 biogenica.
La prima è una tecnologia standard a membrane a tre stadi, in grado di generare biometano con la purezza richiesta per l’immissione nella rete di gasdotti, capace di offrire un recupero di biometano molto elevato con perdite di metano molto basse.
Questa prima tecnologia ci permette di ridurre al minimo il potenziale di emissioni di metano in atmosfera e migliorare i risultati economici: le preoccupazioni ambientali sono uno dei fattori più critici per l’impronta di carbonio equivalente e il business case dell’utente e, inoltre, massimizzare il recupero di metano migliora il potenziale di generazione di ricavi.
La seconda tecnologia che HYSYTECH ha sviluppato è applicata ai biogas con alti livelli di impurità, attraverso un processo ibrido che prevede sempre tre stadi, di cui il primo è uno scrubber ad acqua pressurizzata, seguito da due stadi a membrane.
In questo modo si ottiene lo stesso grado di biometano, ma si ha un impianto più affidabile e robusto, in grado di tollerare le fluttuazioni nelle impurità. Questa configurazione è più adatta per la biomassa, che genera un alto livello di ammoniaca o H₂S, il cui pretrattamento con tecnologie alternative è molto costoso.
Passando al processo di liquefazione della CO2, la prima cosa da dire è che per questo tipo di impianti la selezione del gas refrigerante è fondamentale. Tradizionalmente, i gas refrigeranti sono stati utilizzati per raggiungere le temperature richieste per la liquefazione della CO2, ma esistono direttive a livello mondiale che impongono la transizione verso gas refrigeranti con un potenziale di riscaldamento globale (GWP) inferiore.
La transizione verso refrigeranti a basso GWP, così come la ricerca di alternative all’ammoniaca, ha portato ad alcuni cambiamenti nel processo e nelle apparecchiature che HYSYTECH utilizza, che, attualmente, offre una tecnologia basata su gas refrigeranti che hanno un GWP molto basso e sono atossici, il che semplifica il regime di sicurezza attorno al liquefattore.
La scelta del refrigerante del liquefattore di CO2 influenza l’intensità complessiva di CO2 equivalente del biogas o del bio-GNL; la produzione combinata di CO2 biogenica e biometano sostituisce la CO2 di origine fossile e il metano di origine fossile ricavato dal gas naturale.
A seconda di come l’utente finale è in grado di certificare il proprio processo, si può certificare un biometano con un’intensità compresa tra -20 e circa -30 grammi di CO2 per MJ di energia prodotta dal biometano.
Spostandoci su altri settori industriali, HYSYTECH è inoltre in grado di fornire e installare impianti di produzione di idrogeno, con cattura di CO2 e sua liquefazione.
In uno di questi casi, queste opere sono state finalizzate al rifornimento di treni a idrogeno verde, laddove HYSYTECH ha curato la fornitura dell’impianto di produzione dell’idrogeno (con una produzione di 640 m3/h di idrogeno con la propria tecnologia denominata H2Genio) e la fornitura dell’impianto di cattura e purificazione della CO2 per riuso industriale (con una capacità di 600 kg/h).
H2Genio è la tecnologia HYSYTECH per lo steam reforming a bassa pressione, impiegata per la produzione di idrogeno ad alta purezza. Questo processo si caratterizza per l’impiego di biogas, biometano o gas naturale e un bassissimo fabbisogno elettrico, comportando costi minimi d’installazione ed esercizio.
Questo tipo di impianti può anche utilizzare biometano per la produzione dell’idrogeno: considerando la rinnovabilità del biometano e il sequestro della CO2, l’impianto ha così un’impronta di CO2 addirittura negativa.