La gassificazione è un processo che permette di valorizzare biomasse, compresi scarti agricoli, a fini energetici. La biomassa viene posta a contatto con una quantità di ossigeno inferiore a quella necessaria per la combustione stechiometrica, a temperature elevate (800-1000 °C). Il principale prodotto è il syngas, una miscela gassosa ricca di idrogeno e monossido di carbonio, utilizzabile per la produzione di energia tramite motori, turbine e celle a combustibile, o per la sintesi di composti chimici. La gassificazione è una delle vie più promettenti per la conversione di biomasse in energia. Il PERT si occupa dell’ottimizzazione di questo processo, tramite strumenti sperimentali e di simulazione.
La caratterizzazione delle biomasse viene effettuata in collaborazione con la Libera Università di Bozen-Bolzano e con l’Università Politecnica di Valencia e riguarda principalmente scarti agricoli, quali le potature di melo o la paglia di riso.
La gassificazione viene effettuata in un impianto pilota realizzato in collaborazione col Prof. Giorgio Rovero del Politecnico di Torino. La caratteristica più innovativa è l’uso di un reattore a getto (o spouted bed reactor) come gassificatore. La struttura del reattore a getto assicura una miscelazione più omogenea rispetto ai comuni reattori fluidizzati, e riduce la necessità di pretrattare la biomassa per conferirle dimensioni omogenee.
L’attività sperimentale riguarda anche la valorizzazione del sottoprodotto solido del processo, il char. Presso i laboratori della Libera Università di Bozen-Bolzano le proprietà del char vengono analizzate, e si studia il suo uso come adsorbente o supporto per catalizzatori.
Dal punto di vista modellistico, il PERT ha studiato la simulazione dell’intero processo mediante appositi programmi commerciali (Aspen), open source (CoCo), o autonomamente sviluppati (LIBPF). La simulazione riguarda inoltre la fluidodinamica, con un’analisi del comportamento delle particelle all’interno del reattore. Questa viene effettuata col programma commerciale di fluidodinamica computazionale (CFD) Ansys Fluent.
Reattori a getto (spouted bed reactor):
I reattori a getto (o spouted bed reactor) sono un particolare tipo di letti fluidizzati, utilizzati per particelle solide di dimensioni grossolane. Sono costituiti da un corpo principale (parallelepipedo o cilindro) che termina in basso in una piramide o un cono. Il gas è alimentato dal vertice della base, e ciò instaura il regime fluidodinamico, caratterizzato dalla cosiddetta “fontana” di particelle. Questi reattori garantiscono una buona miscelazione interna, e possono essere alimentati con particelle non adatte ad altri sistemi, in quanto eccessivamente grossolane o disomogenee. Nell’ambito della ricerca, sono stati applicati ad un ampio spettro di processi, quali l’essicazione di cibi, la polimerizzazione, reazioni elettrochimiche e processi termochimici, come la gassificazione e pirolisi di biomasse o plastiche di scarto. Il PERT, in collaborazione col Prof. Giorgio Rovero del Politecnico di Torino, ha studiato per molti anni questi reattori, sia sperimentalmente sia tramite simulazioni.
L’attività sperimentale riguarda anzitutto lo studio della miscelazione interna, tramite appositi reattori da laboratorio caratterizzati da una parete di vetro che permette l’osservazione del comportamento interno. Sono stati studiati diversi solidi diversi, fra i quali si annoverano anche biomasse, ai fini di valutare le condizioni in cui si ottiene la migliore miscelazione interna e quindi l’adeguatezza dei materiali per la successiva valorizzazione energetica. Queste analisi vengono riprodotte tramite modelli realizzati col software commerciale di fluidodinamica computazionale (CFD) Ansys Fluent, che fornisce una descrizione molto dettagliata del comportamento interno delle particelle.
L’attività ha riguardato anche la costruzione di un impianto pilota di gassificazione, caratterizzato da un reattore a getto (o spouted bed reactor) come gassificatore. Questo impianto è risultato adatto la conversione a fini energetici di diversi tipi di biomasse, fra cui scarti di origine agricola.