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Image shows burning domestic biomass pellets

Combustione di Biomasse su Larga Scala

Panoramica sulla combustione di biomassa su larga scala

Scopri i dettagli sull’inquinamento da impianti di combustione di biomasse su scala industriale e come ridurlo.

Vi è un trend crescente a bruciare la biomassa su scala industriale come fonte di energia affidabile e a basse emissioni di carbonio. Tuttavia, c’è un prezzo da pagare in termini di emissioni tossiche come il monossido di carbonio, le diossine, il particolato e gli ossidi di azoto, a meno che questi non vengano controllati con la massima attenzione. Inoltre, il metano, pur non essendo tossico, è un potente gas serra e, pertanto, anche si devono ridurre al minimo anche le sue emissioni.

Una volta superata la scala nazionale, cresce sia l’importanza di ridurre le emissioni sia i mezzi a disposizione per farlo. Gli impianti di combustione a biomassa su scala industriale hanno controlli maggiormente sofisticati rispetto a quelli su scala domestica, il che vuol dire che la composizione dei fumi può essere mantenuta entro un intervallo più ristretto. Ciò consente di usare tecnologie di abbattimento più avanzate, tra cui la riduzione catalitica selettiva (SCR, acronimo di Selective Catalytic Reduction), i precipitatori elettrostatici (ESP) e i convertitori catalitici di ossidazione.

Di solito occorrono dei permessi per creare nuovi impianti e il rispetto di rigorosi standard di emissione è spesso una condizione per ottenerli. Gli incentivi economici potrebbero includere delle sovvenzioni o la possibilità di vendere crediti di carbonio, ma è probabile che l’ottenimento di uno di questi richieda una massima attenzione all’impatto sia sulla qualità dell’aria sia sulle emissioni di gas serra.

Scopri di più sulle emissioni derivanti dalla combustione di biomassa su larga scala e su come queste possono essere ridotte

La chimica delle emissioni dalla combustione su scala industriale di biomasse

Scopri di più a proposito della chimica dell’inquinamento dalla combustione di elevate quantità di biomassa e di come possa essere ridotta.

La biomassa è spesso descritta come ‘carbone’ e, in termini generali, ciò è vero ma, purtroppo, vi sono molte altre molecole coinvolte, a rendere una combustione ‘pulita’ più difficile da ottenere.

Anche se bruciassimo carbone puro, otterremmo ugualmente un qualche inquinamento dovuto a una incomplete combustione, nella forma di monossido di carbonio e di particelle di fuliggine. Inoltre, il calore del processo di combustione determinerebbe una reazione tra ossigeno e azoto nell’aria, con formazione di ossidi di azoto.

Le molecole diverse dal carbone nel carburante hanno ognuna anche i propri effetti sulle emissioni. Il più importante di tali effetti è rappresentato dai composti catramosi che, se non completamente bruciati, possono essere rilasciati come composti volatili organici, alcuni dei quali possono condensarsi e formare particolato.

I minerali presenti nel carburante si trasformeranno generalmente in cenere ed alcuni di essi potrebbero essere rilasciati come polvere. La biomassa ricavata da prodotti con stelo, come la paglia, contiene anche cloro, che avrà un impatto sulle emissioni.

Ossidazione delle emissioni dalla combustione di biomasse su scala industriale

Scopri come i convertitori catalici possono ossidare le emissioni dalla combustione di biomasse su larga scala.

Molti degli inquinanti create dall’incendio di biomasse sono il risultato di una combustione incompleta, per esempio il monossido di carbonio. I COV (composti organici volatili), i composti catramosi, ecc.. L’ossidazione catalitica può essere considerata quale processo secondario di combustione in cui qualsiasi composto organico residuo della combustione primaria viene ossidato in diossido di carbonio e acqua.

L’ossidazione catalitica dipende dalla temperatura e, in genere, richiede temperature di 250-450°C per essere efficace. Tuttavia, ciò è marcatamente inferiore a quanto richiesto per le tecniche di ossidazione non-catalitica, quali l’uso di postbruciatori, e di conseguenza rappresenta spesso una soluzione più economica e rispettosa dell’ambiente.

Nella progettazione di un sistema ossidativo catalitico per un’applicazione di biomasse su larga scala, la temperatura dei gas dei condotti è sempre la prima a essere presa in considerazione. Il passo successivo è di pensare agli scarti e alle polveri, per garantire che la progettazione del convertitore catalitico ne prevenga il blocco. In terzo luogo, dobbiamo considerare le sostanze corrosive nel gas del condotto, quali lo zolfo e il cloro, che possono abbreviare il ciclo di vita del catalizzatore se non vengono adoperati rivestimenti speciali.

Utilizzo dell’SCR per ridurre l’inquinamento dalla combustione di biomasse

La tecnologis ‘Selective Catalytic Reduction’ (SCR) può aiutare gli impianti di combustione delle biomasse su scala industriale a rispettare i propri limiti di emissioni consentite.

SCR sta per ‘Selective Catalytic Reduction’, ossia ‘Riduzione Catalitica Selettiva’ ed è una tecnologia utilizzata per scomporre gli ossidi di azoto (NOx).

In chimica, ‘riduzione’ fa riferimento a una reazione in cui gli atomi d’ossigeno vengono separati da un altro elemento – è l’opposto dell’ossidazione.

Nelle procedure a caldo, gli ossidi d’azoto si formano spesso e sono inquinanti dannosi che destano sempre maggiori preoccupazioni.

La riduzione catalitica selettiva funziona introducendo un altro composto, detto ‘riducente’, che spinge gli atomi d’ossigeno a ‘fuggire’ dale molecole di NOx e a reagire invece con il riducente.

Nella maggioranza dei casi, un convertitore catalitico viene usato per promuovere tale reazione, che avviene nella gamma di temperature 150-600°C.

In mancanza di un convertitore catalitico, è necessaria una temperatura più elevata. Il più comune riducente usato nei processi SCR è l’ammoniaca.

Questa può essere acquistata nella formulazione di una soluzione di ammoniaca oppure si può utilizzare una soluzione di urea quale Adblue.

Le soluzioni di urea sono più facili da conservare e utilizzare rispetto a quelle di ammoniaca, ed anche più largamente disponibili; tuttavia, se vengono iniettate direttamente nel gas del condotto, richiedono una temperatura minima di 300°C.

Di primaria importanza è che la quantità di riducente iniettato sia della stessa quantità del NOx presente nel gas del condotto: Se la quantità è troppo bassa, verrà espulsa dall’ammoniaca.

Pertanto, è richiesto un sofisticato sistema d’iniezione del riducente. Un ben progettato sistema SCR è in grado di ridurre le emissioni di NOx di oltre il 90%.

Misurare le emissioni dalla combustione di biomasse su larga scala

Possiamo interpretare i dati dai resoconti dei test relativi all’inquinamento dalla combustione di biomasse su scala industriale.

Sia la Direttiva sulle Emissioni Industriali sia quella sugli Impianti a Combustioni Medie richiedono il periodico monitoraggio delle emissioni, che deve essere condotto da società dotate di apposito accreditamento (ad esempio, l’MCERTS).

Ci è spesso richiesto d’intervenire quando gli impianti rivelano d’avere ecceduto le emissioni loro consentite e, in una tale situazione, generalmente usiamo dei resoconti di test quale punto d’avvio della diagnostica del problema.

Monitorare le emissioni è anche uno stadio importante della messa a punto dei sistemi SCR e dell’autorizzazione di ogni nuova installazione. I sistemi SCR possono incorporare sensori delle emissioni e una funzione d’immissione dati cui è possibile accedere da remoto, se richiesto.

Quantificazione delle emissioni da biomasse incendiate

Possiamo interpretare i dati dai resoconti dei test relativi all’inquinamento dalla combustione di biomasse su scala industriale.

Nell’UE e nel Regno Unito, lo sviluppo maggiore nelle regole sulle emissioni dalla combustione di biomasses su scala industriale è rappresentato dalla Direttiva ‘Medium Combustion Plant Directive’ (MCPD). Tale direttiva riguarda gli impianti con un input termico compreso nella gamma da 1 a 50 mW e ha un range di date d’implementazione da dicembre 2018 a gennaio 2030 in dipendenza dell’ampiezza degli impianti e del fatto che siano nuove o già esistenti. L’obiettivo principale della direttiva è la riduzione delle emission di NOx; tuttavia, per alcuni tipi di carburanti, sono regolamentati anche l’SO2 e le polveri.

Impianti superiori a 50 mW sono di norma regolamentati ai sensi dell’esistente direttiva ‘Industrial Emissions Directive’.

Gli impianti con input termico inferiore a 1 mW non sono regolamentati dalla Direttiva MCPD ma devono spesso conformarsi ai limiti delle emissioni allo scopo di potere far ricorso a finanziamenti.

Convertitori catalitici per schemi energetici di biomasse

Possiamo progettare e fornire convertitori catalitici sia ossidativi sia riduttivi per abbattere l’inquinamento dalla combustione di biomasse su scala industriale.

Quandi si ha a che fare coi fumi dalla combustion di biomasse su larga scala, i criteri prestazionali sono spesso elevati e ogni applicazione può dover essere trattata come un progetto autonomo. La caduta della pressione è di solito un importante criterio progettuale ma abbiamo le conoscenze e l’esperienza per predirla in modo accurato.

Il budget annuo sarà verosimilmente intensivo e, di conseguenza, i sistemi sono di norma progettati in modo da potere essere manutenuti e revisionati a intervalli regolari. Un’attenzione particolare deve essere prestata alla presenza di contaminanti quali il solfuro nel gas dei condotti, che potrebbe richiedere particolari rivestimenti catalitici per evitare premature anomalie di funzionamento.

Possiamo progettare e fornire convertitori catalitici a substrato sia in ceramica sia in metallo. Nel caso dei substrati in ceramica, per le grandi applicazioni vi sono di norma substrati multipli in una griglia e progetteremo l’alloggiamento in modo che possa essere facilmente sostituito quando necessario. Siamo lieti anche di fornire elementi ceramici sostitutivi adatti agli alloggiamenti esistenti.

Progettiamo anche alloggiamenti per substrati metallici che ne facilitano la rimozione per necessità di pulizia.

Whitebeam opera felicemente con gli OEM, gli utenti finali, i consulenti o gli specialisti di condotti per fornire convertitori catalitici efficaci in questo settore.