La produzione di energia climaticamente neutra è una delle principali sfide ambientali del nostro tempo. La distribuzione della produzione globale di energia nel 2021 per fonte energetica* mostra che i combustibili fossili detengono ancora la quota maggiore, anche se la quota delle rinnovabili è in aumento. Considerando il fatto che la domanda di energia continuerà ad aumentare fino al 2050, è molto importante espandere la generazione di energia rinnovabile. Pertanto, molti ricercatori in tutto il mondo si concentrano sulla ricerca di modi nuovi ed efficienti per generare energia climaticamente neutra.

Uno di questi interessanti progetti di ricerca è quello dei ricercatori ambientali dell'Università di scienze applicate di Ostwestfalen-Lippe. Hanno sviluppato un metodo innovativo per convertire i fanghi di depurazione e il letame in un prodotto biochar potenzialmente utile con proprietà simili alla lignite. Questo processo di trattamento dei rifiuti, altamente vantaggioso, potrebbe fornire una nuova fonte praticabile di combustibile solido ecologico. Il vantaggio di questo metodo è che utilizza materie prime che altrimenti sarebbero inutilizzabili per la generazione di energia sostenibile.

*Dati foniti da: Statista

Questo progetto è stato guidato dal professor Hans-Günter Ramke, capo della Facoltà di gestione dei rifiuti e tecnologia delle discariche all'interno del Dipartimento di ingegneria ambientale e informatica applicata presso l'Università Ostwestfalen-Lippe.

Ispirato da un precedente studio del Max Planck Institute of Colloids and Interfaces che è riuscito a ottenere biochar da materiali organici, il team del professor Ramke mirava a creare un nuovo metodo per convertire i rifiuti urbani organici in un utile combustibile ricavato come sottoprodotto. Dato che la generazione di energia rispettosa del clima è una sfida ambientale chiave del nostro tempo, questo progetto ha offerto un potenziale significativo per contribuire alla soluzione di questa sfida.

Molti dei materiali utilizzati dal team del professor Ramke nella fase iniziale dei test erano prodotti di scarto altrimenti difficili da smaltire, inclusi fanghi di depurazione e rifiuti agricoli come paglia, liquame e letame liquido. Nei loro test hanno utilizzato anche prodotti organici di scarto industriale e commerciale come polpa di barbabietola, residui di cereali, residui di prodotti del caffè, scarti di prodotti da forno e avanzi di cibo.

I ricercatori hanno utilizzato un processo chiamato carbonizzazione idrotermale (HTC) per prendere questi rifiuti organici semisolidi e farli bollire sotto pressione a una temperatura compresa tra 180 °C e 240 °C per un certo numero di ore, in modo simile a una pentola a pressione. Questo ha creato il biochar, una sostanza simile al carbone che sembra simile alla lignite e contiene un'elevata quantità di carbonio e idrogeno.
 

Durante questo processo accade qualcosa di sorprendente: la massa organica si trasforma in un materiale simile alla lignite.

Secondo il professor Ramke e il suo team, questo biochar HTC ha un potere calorifico superiore - o potenziale energetico sbloccabile - rispetto al materiale originale e può essere essiccato facilmente utilizzando processi di trattamento standard per renderlo più adatto all'uso come combustibile. Inoltre, il processo di creazione del biochar converte i rifiuti organici in una forma stabile di carbonio che non può facilmente fuoriuscire nell'atmosfera, rendendolo un metodo efficace di cattura del carbonio oltre agli altri benefici ambientali.

Quando si crea un nuovo metodo di produzione per il carburante, è fondamentale disporre di un mezzo affidabile per verificare la qualità dei prodotti finali. Il professor Ramke si è presto reso conto che i metodi analitici standard per la gestione dei rifiuti non sarebbero stati sufficienti per l'approccio HTC.

Inizialmente, il team ha cercato di caratterizzare i prodotti finali valutandone il contenuto d'acqua, la difficoltà di combustione, il contenuto di carbonio organico totale (TOC) e il potere calorifico, ma questo non ha fornito le informazioni necessarie sull'efficacia del processo di carbonizzazione. Pertanto, il team ha scelto di analizzare in contenuto di CHNS (carbonio, idrogeno, azoto e zolfo) con un vario MACRO, modello precedente del vario MACRO cube, per maggiori approfondimenti.

Con il vario MACRO, sono stati in grado di misurare con precisione i cambiamenti nei rapporti idrogeno/carbonio e ossigeno/carbonio. Ciò ha offerto la prova di cui i ricercatori avevano bisogno: che il loro metodo HTC stava migliorando il contenuto di carbonio e la densità energetica - e quindi il contenuto calorifico del prodotto finale di biochar, separando efficacemente anche il contenuto di acqua e CO₂.

Infine, il team ha utilizzato il nostro liquiTOC, il modello precedente che utilizza lo stesso principio a rampe di temperatura soli TOC® cube per fornire ulteriori approfondimenti e informazioni sul contenuto di carbonio organico del biochar, offrendo un ulteriore mezzo per affermare la qualità del prodotto finale.

Grazie all'ingegnosità del team dell'Università di Ostwestfalen-Lippe, è stato stabilito un nuovo metodo di produzione per una fonte di combustibile climaticamente neutra con molteplici applicazioni commerciali.

Dopo aver sperimentato diversi prodotti di scarto come materia prima per il metodo HTC, il team ha scoperto che funzionava meglio con fonti ricche di carboidrati e ad alta umidità come fanghi di depurazione, liquami e letame liquido. Ciò significa che il metodo HTC potrebbe diventare uno strumento vitale per convertire questi prodotti di scarto in biochar, il quale è altamente adatto a generare calore di processo in impianti di combustione di medie dimensioni, in particolare per la fase cottura nei cementifici.

Ora che la fattibilità e l'efficacia del metodo HTC sono state dimostrate dall'analisi elementare, il professor Ramke ritiene che l'approccio possa essere di grande interesse per gli utenti industriali e commerciali.

Ho bisogno che i costruttori di impianti e i potenziali utenti facciano il passo successivo. Abbiamo sviluppato un sistema di contenitori per testare l'efficacia. Possiamo fare dimostrazioni in loco, andando dagli operatori dell'impianto. E' possibile testare come si comporta il processo in condizioni pratiche e come può essere adattato in modo ottimale ai rispettivi flussi di materiale disponibili.

Professore Hans-Günter Ramke