Biometano dai fanghi di depurazione

21 Aprile 2017

Presso il depuratore di Roncocesi (RE), condotto da IRETI, è stato installato un impianto in grado di trasformare il biogas prodotto nella linea di trattamento del fango di depurazione in un vettore energetico rinnovabile impiegabile come biocarburante.

Il progetto BioMethER intende dimostrare la fattibilità tecnica e la sostenibilità della produzione di biometano per promuovere la filiera bioenergetica mediante la realizzazione di due impianti dimostrativi in Emilia Romagna. I due impianti dimostrativi di upgrading sono collocati presso la discarica di Herambiente a Ravenna e presso l’impianto di depurazione di IRETI a Roncocesi (Reggio Emilia). A Ravenna, il biometano sarà prodotto dal biogas proveniente dalla digestione anaerobica in alcuni comparti delle discariche Herambiente. A Roncocesi, nell’impianto di IRETI, il biometano sarà prodotto dalla digestione anaerobica dei fanghi di depurazione. L’obiettivo è quello di produrre biometano conforme alle caratteristiche necessarie per l'immissione nella rete del gas naturale.

Il progetto BioMethER è un progetto Life + che nasce nel 2012 e che inizia a novembre 2013. Purtroppo subisce quasi subito uno stop perché nel dicembre 2013 esce una normativa che vieta l’immissione in rete del biometano prodotto da biogas da fanghi di depurazione e da discarica. Ma la sperimentazione è proseguita ugualmente per l’alto valore di ricerca.

Al progetto BioMethER LIFE+, finanziato dal programma LIFE della Commissione Europea, collaborano vari partner: ASTER con il supporto della Regione Emilia-Romagna, CRPA Lab, laboratorio di ricerca industriale della Rete Alta Tecnologia dell’Emilia-Romagna, HERAmbiente, IREN Spa, IRETI e IREN Rinnovabili, e SOL Spa.

Recycling Industry è andato in visita presso l’impianto di Roncocesi (non ancora inaugurato) per capire meglio come sia possibile utilizzare un “prodotto di scarto” dei processi depurativi in un prodotto con elevato valore energetico ed ambientale.

L’impianto di depurazione delle acque reflue di Roncocesi (RE)

Il depuratore di Roncocesi è uno dei più grandi a servizio della città di Reggio Emilia e ha una potenzialità di circa 150.000 abitanti equivalenti. Le acque reflue vengono raccolte e collettate attraverso le reti fognarie e inviate al depuratore.

Il processo depurativo è di tipo classico: dopo un pretrattamento del refluo per rimuovere sostanze grossolane, sabbie ed oli, si attua una prima sedimentazione per rimuovere il materiale separabile per gravità dal resto del fluido; il materiale sedimentato, ricco di sostanza organico, è avviato alla digestione anaerobica che sarà descritta in seguito.

Il refluo prosegue poi in una sezione che attua il vero e proprio processo depurativo: grazie all’azione di flore batteriche, mantenute in condizioni di processo specifiche, le sostanze inquinanti contenute nel refluo sono assimilate dagli stessi batteri e pertanto sottratte al fluido da depurare; in altri termini, i batteri “inglobano” tutte le sostanze che risulterebbero dannose se sversate nell’ambiente.

Per separare i batteri dal refluo depurato, vi è una seconda fase di sedimentazione nella quale la flora batterica (chiamata “fango di depurazione”) si adagia sul fondo dei sedimentatori, permettendo al refluo depurato di “sfiorare” nella parte superiore. Questo refluo di sfioro, avviato ad una fase finale di trattamento per rimuovere eventuali contenuti batterici rimasti in sospensione, presenta caratteristiche previste dalla normativa per essere immesso in corpi idrici ricettori.

Il fango depositato nella seconda fase di sedimentazione, è in parte riutilizzato per garantire, nella fase depurativa, una corretta presenza di flora batterica utile a rimuovere gli inquinanti, ed in parte avviato alla fase di digestione anaerobica.

La digestione anaerobica è il processo biologico attraverso cui il fango di depurazione (che ha in sé gli “inquinanti” sottratti dal refluo fognario) viene stabilizzato trasformando la sostanza organica, presente in forma concentrata, in biogas. Questo processo avviene ad opera di colonie batteriche diverse da quelle impiegate nel precedente processo depurativo, che richiedono condizioni ambientali molto particolari: assenza di ossigeno (è per tale motivo che si parla di processo “anaerobico”) e temperature costanti (circa 38-40°C); tali condizioni di processo sono mantenute in apposite vasche circolari (Digestori), coperte e coibentate, nelle quali il fango di depurazione è riscaldato e ricircolato per diversi giorni (fino a quando la sostanza organica presente nel fango è in buona parte trasformata in biogas).

Il biogas prodotto è estratto dai digestori ed avviato ad un serbatoio di stoccaggio (Gasometro) per il successivo utilizzo; il fango stabilizzato è avviato ad una fase di disidratazione per rimuovere l’acqua in eccesso (che è reinviata in testa all’impianto di depurazione) e successivamente avviato a smaltimento.

Il biogas è un gas con un’elevata percentuale di metano, circa il 65-70%, la rimanente quota è prevalentemente anidride carbonica ed infine vi sono tracce di materiali inquinanti. Considerata l’elevata presenza di metano, il biogas è impiegato in apposite caldaie che consentono il mantenimento delle condizioni termiche nei digestori e di riscaldare l’acqua per i fabbisogni civili del depuratore (riscaldamento locali ed acqua calda sanitaria).

L’eccedenza di biogas, prima dell’avvento del Progetto Biomether, era bruciata in torcia come prescritto dalle autorizzazioni impiantistiche. Grazie al progetto Biomether, il biogas eccedente sarà invece trasformato in biometano tramite l’impianto di Upgrading descritto in seguito.

L’impianto per la produzione del biometano

Lo scopo del progetto BioMethER da parte di Iren è quello di condurre uno studio approfondito sull’upgrading del biogas da depurazione e sull’uso del biometano prodotto per autotrazione.

Come funziona l’impianto per la produzione di biometano? Il biogas in eccedenza prelevato dal gasometro viene in primo luogo deumidificato attraverso un apposito impianto di separazione delle condense per raffreddamento; il biogas essiccato è successivamente avviato ad una sezione di filtrazione a carboni attivi per rimuovere le impurità in esso presenti (prevalentemente acidi e composti del silicio).

Il biogas pretrattato è successivamente compresso a circa 8-10 bar ed avviato alle membrane che costituiscono il cuore del processo di raffinazione del biogas a biometano: le membrane sono costituite da piccoli tubicini (simili a “spaghetti fini” cavi al loro interno) aventi una parete permeabile alle molecole del metano e non permeabile alle molecole dell’anidride carbonica; pertanto quando il biogas compresso attraversa il tubicino, la quota parte di metano esce dalla parete del tubo concentrandosi in un gas simile al gas naturale (che chiameremo “permeato”), mentre il fluido che permane nel tubicino è convogliato esternamente e costituisce il “gas di scarto” del processo di upgrading. Ricircolando più volte il permeato nelle mebrane si ottiene un gas con una percentuale di metano equivalente a quella del gas naturale impiegato nelle case.

È opportuno sottolineare che il biometano, per poter essere impiegato in autotrazione o come gas domestico, deve rispettare specifiche normative tecniche e pertanto prima di essere immesso in rete è sottoposto ad analisi chimico-fisiche in un’apposita “cabina di consegna”, che blocca l’immissione in rete automaticamente qualora si verifichino dei superamenti nei limiti imposti.

Come accennato, la normativa impedisce ad oggi l’immissione in rete del biometano prodotto da biogas proveniente da fanghi di depurazione, pertanto il biometano prodotto nell’impianto gestito da IREN sarà reimmesso nel gasometro; in questa prima fase saranno condotti tutti i test utili ad approfondire le caratteristiche dei due gas prodotti nel processo di upgrading (biometano e gas di scarto) e ad affinare lo stesso processo affinché nella successiva fase si possa procedere alla produzione continuativa di biometano per raggiungere gli obiettivi originari del Progetto Biomether.

Al superamento del vincolo normativo, infatti, il biometano prodotto nell’impianto di Roncocesi sarà immesso in una rete del gas (distante circa 700 metri dal depuratore) per poter essere veicolato tramite la stessa alle stazioni di rifornimento di metano presenti sul territorio ed impiegate dalle auto del Gruppo IREN per effettuare rifornimento. L’obiettivo di progetto è quello di produrre circa novantamila chilogrammi di metano per auto, che costituiscono ad oggi il fabbisogno del parco auto del Gruppo IREN per la sola provincia di Reggio Emilia (circa 60 autovetture).

Si stima che il biometano potenzialmente producibile in un anno (90.000 kg circa) con il progetto Biomether a Roncocesi, consenta un risparmio di anidride carbonica equivalente (per evitato uso di carburante tradizionale) pari a circa 300.000 tonnellate, che equivale al quantitativo di anidride carbonica che potrebbe essere assimilata in un anno da circa 30.000 alberi (più o meno 60 ettari di bosco). Pertanto, ci si augura che l’esempio del Progetto Biomether possa essere di stimolo per altre iniziative analoghe nel resto del territorio nazionale.

In un altro impianto di depurazione delle acque reflue di IRETI si riutilizzano, a fini irrigui, le acque reflue, in parziale sostituzione delle acque superficiali e di falda.