Liquefazione idrotermica di fanghi di depurazione dalle acque reflue in presenza di acido formico come co-solvente

Abstract

A causa del progressivo impoverimento delle risorse di combustibili fossili e dell’impatto negativo che il loro utilizzo ha sull'ambiente, la produzione di carburanti da fonti alternative, come le biomasse, ha ricevuto negli ultimi anni una notevole e crescente attenzione. Questo studio è incentrato sulla liquefazione idrotermica (HTL) dei fanghi provenienti dalla depurazione delle acque reflue civili. Tale tipo di biomassa oltre ad avere un alto tasso di umidità, ha un elevato contenuto organico e per essere smaltita è necessario che gli impianti di depurazione investano un ingente capitale [1]. L’HTL tradizionale prevede l’utilizzo dell’acqua, in parte già contenuta nella biomassa, come solvente a temperature e pressioni nell'intervallo 250-400°C e 10-30 MPa rispettivamente ed è considerato un approccio efficace per la conversione della biomassa in un bio-olio detto biocrude, il prodotto principale di riferimento, insieme con una fase acquosa, un solido residuo e una fase gassosa [1-2]. Tuttavia il biocrude prodotto dalla HTL in assenza di catalizzatori o co-solventi è molto viscoso e ha un alto contenuto di eteroatomi (S, N, O) indesiderati poiché ne abbassano la qualità e ne impediscono l’uso come combustibile per il trasporto. In particolare, un elevato contenuto di O riduce il potere calorifico ed aumenta la viscosità del biocrude e un elevato contenuto di N e S porta alla formazione di NOx e SOx in atmosfera. Scopo del lavoro è studiare l’effetto combinato dell’acido formico, come co-solvente donatore di H2, e di un catalizzatore commerciale a base di CoMo/Al2O3 sulla resa e qualità del biocrude prodotto con esperimenti di HTL di fanghi ottenuti da un impianto di depurazione di acque reflue. Diversi studi [3-4] hanno mostrato che elevate pressioni iniziali di H2 nel reattore di HTL causano un incremento del rapporto H/C dei biocrude prodotti sebbene non siano stati osservati effetti significativi sulle rese. Tuttavia ad oggi l'H2 è generato principalmente da fonti fossili e una delle maggiori sfide in questo contesto è la realizzazione di una possibile economia dell'idrogeno da fonti alternative. Inoltre dai risultati trovati in letteratura, è possibile dedurre che, in esperimenti di HTL di microalghe in reattori batch, l'uso di un mezzo di stoccaggio liquido di idrogeno come co-solvente produce effetti simili all’idrogeno molecolare e permette di eliminare la resistenza al trasporto di massa dell’H2 dalla fase gas alla miscela liquida. A partire da queste premesse è stato scelto come co-solvente l'acido formico (FA) poiché si decompone in idrogeno e anidride carbonica in condizioni miti di temperatura e può essere prodotto dalla riduzione elettrochimica del biossido di carbonio sfruttando energia verde e ne è stato studiato l’effetto sulla resa e sulla qualità del biocrude prodotto da HTL dei fanghi di depurazione.