Impianto di biometano: tecnologie, processo di produzione e manutenzione.

Il biometano è un combustibile ottenuto dalla purificazione del biogas grezzo, a sua volta ricavato dalla valorizzazione di materie prime sostenibili: biomasse agricole (sottoprodotti, scarti agricoli e deiezioni animali), agroindustriali (scarti della lavorazione della filiera alimentare) o della frazione organica dei rifiuti solido urbani (FORSU).

Una volta effettuato l’upgrading del biogas a biometano, questo va raffinato, in modo da eliminare le componenti non idonee al suo impiego. A seguito degli opportuni trattamenti chimico-fisici, il biometano diventa idoneo per l’immissione nella rete del gas naturale oppure per il trasporto attraverso autocisterne criogeniche.

Essendo prodotto da reflui zootecnici, scarti agroindustriali, rifiuti organici e biomasse agricole, il biometano è a tutti gli effetti una fonte di energia rinnovabile e sostenibile.

• Economia circolare: oltre a ridurre le emissioni in atmosfera, il biometano è carbon neutral, ovvero compensa totalmente le emissioni prodotte per generarlo, restituendo sostanza organica al terreno;

• Decarbonizzazione: gli impianti di produzione di biometano, se supportati a livello legislativo, potrebbero contribuire entro il 2030 alla fornitura del 10% di tutto il gas consumato nell’Unione Europea, riducendo l’affrancamento dalle fonti fossili;

• Indipendenza energetica: si tratta di una soluzione che può contribuire significativamente alla transizione energetica ed ecologica, con risvolti importanti in termini di indipendenza dalle forniture energetiche estere.

Il biometano costituisce un’ottima opportunità di investimento per molte aziende del comparto agricolo e industriale che, oltre a impegnarsi ad aumentare la sostenibilità della propria realtà produttiva, hanno la possibilità di generare profitto e aumentare il livello di competitività. Secondo un recente rapporto dell’European Biogas Association, il biometano è infatti risultato più economico del 30% rispetto al gas naturale.  

Per diventare un produttore consapevole di biometano è necessario considerare diversi aspetti e seguire un iter ben definito. La produzione può avvenire tramite conversione di un impianto esistente oppure mediante la messa in esercizio di un nuovo impianto. In entrambi i casi esistono delle procedure da seguire per avviare la produzione e ottenere gli incentivi.

Un impianto di biometano integra diverse tecnologie. Oltre al sistema di digestione anaerobica, che produce biogas dalla trasformazione delle biomasse, troviamo anche: 

• Un sistema di purificazione e pretrattamento del biogas;

• Un sistema di upgrading: si tratta di un trattamento volto alla rimozione della CO₂ dal biogas grezzo. Tra le varie tecnologie di upgrading per il biometano, la più diffusa e performante è il sistema a membrane. In questo caso il biometano prodotto è idoneo all'immissione nelle reti di distribuzione;

• Eventualmente un sistema di liquefazione: laddove vincoli logistici non rendano possibile la connessione alla rete del gas naturale, il biometano liquido è la soluzione. Il biometano liquefatto infatti, non solo è facilmente trasportabile ma garantisce anche una maggior efficienza se utilizzato come carburante.

A corredo dell’impianto di biometano è possibile usufruire di tecnologie a supporto, le quali garantiscono numerosi vantaggi, specialmente in ottica di ottimizzazione: autoconsumi efficienti e sostenibili, massimizzazione della produzione dell’impianto, dialogo e compatibilità e risparmio economico.

• RTO (trattamento dei gas di scarto): il metano residuale nell’off-gas gioca un ruolo cruciale in termini di sostenibilità e per tale motivo richiede un trattamento specifico; 

• Liquefazione della CO₂: il sistema di liquefazione della CO₂ consente di purificare e liquefare il gas ricco di anidride carbonica proveniente dal sistema di upgrading del biogas, al fine di ottenere CO₂ liquida adatta all’impiego alimentare e industriale;

• Soluzioni di cogenerazione: volto a coprire il fabbisogno elettrico e termico dell'impianto, un impianto di cogenerazione alimentato a biogas può produrre energia totalmente rinnovabile;

• Impianto fotovoltaico: l'installazione dei pannelli fotovoltaici, modulata dal cogeneratore, può ottimizzare la copertura del fabbisogno elettrico dell'impianto.

Lo studio di fattibilità rappresenta il primo e più importante step nella produzione di biometano, in quanto necessario per definire il corretto dimensionamento dell'impianto, le prestazioni energetiche e il tempo di ritorno dell'investimento. Nel dettaglio, sono tre i passaggi da compiere per valutare l’effettiva fattibilità dell’impianto. 

• Il primo step consiste nell’eseguire una progettazione preliminare dell’impianto alla quale far seguire il business plan economico finanziario. Importante in questa fase è aver valutato le tecnologie che dovranno essere installate e aver selezionato i relativi partner tecnologici;

• Il passo successivo è procedere nella presentazione della richiesta di autorizzazione per la riconversione o costruzione di esercizio affidandosi a tecnici competenti. Il possesso del titolo e la qualità sono fondamentali per poter partecipare al bando per la produzione di biometano e ottenere gli incentivi;

• Infine, è necessario iniziare un’interlocuzione con l'istituto di credito per verificare la finanziabilità dell’iniziativa. Tale passaggio è essenziale per evitare che gli iter dettati dall'istituto di credito al quale ci si è rivolti riducano i tempi per la messa in esercizio degli impianti prevista dal decreto biometano. 

L’upgrading del biogas è il trattamento volto alla rimozione della CO₂ dal biogas grezzo per ottenere il biometano compresso. Tra le varie tecnologie di upgrading per il biometano, la più diffusa e performante è il sistema a membrane, che presenta una permeabilità selettiva utile alla separazione tra CH₄ e CO₂. Il processo di upgrading si divide in tre stadi: 

• Filtrazione del biogas: il processo di upgrading inizia con la purificazione del biogas proveniente dal digestore anaerobico per la rimozione di acqua, sostanze inquinanti e compressione. Il gas filtrato e deumidificato viene compresso, raffreddato e inviato alla successiva fase di trattamento;

• Purificazione degli inquinanti (H₂S, VOCs): attraversando un letto di carboni attivi, il biogas viene depurato dagli inquinanti. La configurazione dei carboni, in versione “Lead-Lag”, comprende una serie di valvole che consentono l’inversione dei flussi, il bypass e il sezionamento del singolo filtro, garantendo quindi flessibilità, affidabilità e continuità di servizio;

• Upgrading: il biogas pretrattato e purificato è pronto per l’upgrading vero e proprio, ossia la separazione del metano dall’anidride carbonica. Il processo è ottimizzato in termini di consumi e consente di ottenere un biometano dalle caratteristiche desiderate per i diversi impieghi. Il biometano viene prodotto a una pressione in un range variabile da 7 a 15 bar per minimizzare i consumi e agevolare l’immissione in reti di distribuzione. 

Il processo di upgrading viene completato da una serie di opzioni propedeutiche all’immissione in rete e altri accessori a corredo del funzionamento dell’impianto:

• Sistema di desolforazione e torre di lavaggio: a monte del trattamento biogas, sono disponibili il sistema di desolforazione per abbassare il contenuto di idrogeno solforato e la torre di lavaggio per abbattere il contenuto di ammoniaca;

• Sistema di concentrazione di ossigeno: in caso di bassa concentrazione di ossigeno nel biogas, un sistema di concentrazione di ossigeno da aria ambiente permette di fornire la quantità necessaria affinché le reazioni chimiche di assorbimento dei contaminanti da parte dei carboni attivi avvengano correttamente;

• Ossidatori termici rigenerativi (RTO): al fine di eliminare anche le piccole percentuali di metano residue nell'off-gas;

• Compressore booster: per raggiungere la pressione richiesta dalle reti di trasporto può essere fornito un compressore booster. Prima dell’immissione in rete, la cabina REMI misura la portata del biometano e ne analizza la qualità. 

Tra i principali vantaggi e plus della tecnologia di upgrading a membrane:

• Processo di upgrading semplice

• Elevata efficienza e bassi consumi

• Scalabilità e flessibilità elevate

• Costo dell’impianto conveniente 

La connessione alla rete del gas naturale non è sempre possibile. Laddove vi siano vincoli logistici, il biometano liquido (bio-LNG) è la soluzione. Il biometano liquefatto infatti, non solo è facilmente trasportabile ma, grazie alla sua densità tre volte superiore a quella del gas naturale compresso, garantisce una maggior efficienza se utilizzato come carburante.

La liquefazione del biometano è un processo complesso, che consiste nel raffreddamento e nella compressione del biometano gassoso a temperature molto basse. Il processo di liquefazione si basa su un processo criogenico integrato, a bassa pressione operativa, diviso in 3 fasi: trattamento, liquefazione e stoccaggio.

• Trattamento: nella prima parte del processo, il sistema di purificazione TSA (Temperature Swing Adsorption) abbassa i contenuti di umidità e CO₂ attraverso filtri a setacci molecolari;

• Liquefazione: attraverso più stadi di raffreddamento, il biometano in pressione passa allo stato liquido e viene reso disponibile alle condizioni di < -142°C e 3 barg o a temperature e pressioni inferiori. Il cuore del processo è il cryo-cooler, basato sulla tecnologia di Stirling Cryogenics, ovvero una macchina alternativa frigorifera che funziona comprimendo ed espandendo l’elio in un ciclo chiuso;

• Stoccaggio: il bio-LNG viene convogliato in un serbatoio di trasferimento, dove vengono raggiunte le condizioni di pressione e temperatura del prodotto finale desiderate.

Qualsiasi sia il tipo di impianto di biometano, è necessario salvaguardarlo da guasti e avarie, grazie a una serie coordinata e programmata di interventi per massimizzarne la fruibilità. I vantaggi di un service integrato sono evidenti fin dal momento dell’installazione dell’impianto: gli specialisti faciliteranno la messa in opera, seguiranno l’avviamento e ottimizzeranno la fase di start up dell’impianto. 

Oltre all’assistenza in loco e a un’attività di pronto intervento, il service integrato tiene sotto controllo la totalità degli impianti 24 ore su 24, 365 giorni l’anno, con attivazione del servizio di diagnostica e assistenza da remoto. Il service può offrire inoltre corsi di formazione, training e aggiornamento continuativo per assicurare la migliore operatività al cliente e una corretta gestione e manutenzione dell’impianto.

Gli accordi di assistenza e manutenzione degli impianti sono studiati e personalizzati in base alle esigenze del cliente, per soddisfare le sue necessità, assicurare rendimenti elevati per tutta la vita dell’impianto e garantire una maggiore prevedibilità dei costi operativi.

Il futuro degli impianti di biometano

In Italia, così come fuori dai confini nazionali, il settore del biometano sta assumendo un ruolo sempre più importante nel contribuire al percorso di transizione energetica e nello sviluppo del rinnovabile. Le aziende agricole del biogas e biometano rappresentano, quindi, due asset importanti per promuovere l’economia circolare, accompagnare una transizione green sostenibile e contribuire alla sicurezza e indipendenza energetica.

Gli interventi del Pnrr costituiscono uno slancio importante verso un modello di agricoltura 4.0 che garantisce ottimizzazione e maggiore efficienza dei processi produttivi, minore uso di prodotti chimici e tutela del suolo. In questo, biogas e biometano rappresentano un patrimonio strategico significativo per rispondere alla sfida dell’energia rinnovabile, garantire autonomia alimentare, cura del territorio e tutela del clima.

Le tecnologie AB per la produzione di biometano 

Dal 1981 AB è al fianco delle aziende che vogliono accrescere la propria competitività, risparmiando energia e limitando le emissioni nell’ambiente. Competenza, capacità produttiva e servizio di elevata qualità caratterizzano il Gruppo, con l’obiettivo di fornire ai clienti le migliori soluzioni di sostenibilità energetica.

AB è l’interlocutore unico per garantire alla tua azienda tutti i vantaggi del biometano. Con AB, infatti, puoi creare un sistema energetico completo e sostenibile, che unisce le tecnologie di upgrading del biogas, liquefazione del biometano e della CO₂, cogenerazione e fotovoltaico, supportato da una gamma completa di servizi che vanno dallo studio di fattibilità alla manutenzione dell’impianto.