ITRM20130367A1 - Gruppo per la produzione di metano da gas emesso dal suolo - Google Patents
Gruppo per la produzione di metano da gas emesso dal suoloInfo
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Description
DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
“GRUPPO PER LA PRODUZIONE DI METANO DA GAS EMESSO DAL SUOLOâ€
La presente invenzione à ̈ relativa ad un gruppo di produzione di metano da gas emesso dal suolo.
Come à ̈ noto, alcune aree vulcaniche quiescenti sono caratterizzate da un rilascio più o meno continuo di gas dal suolo, costituito prevalentemente (dal 95 al 99 % vol) da anidride carbonica (CO2). Nelle aree in cui avviene il fenomeno del degassamento naturale dal suolo, il gas emesso comprende, oltre a CO2, anche azoto, vapor d’acqua, idrogeno solforato, metano e in misura minore radon.
Le manifestazioni gassose sono associate a faglie che tagliano alti strutturali di rocce carbonatiche sepolte che ospitano acquiferi sottostanti. Il contenuto di CO2in queste aree può arrivare a valori dell’ordine dei 10-50.000 g/m2/giorno.
Si à ̈ quindi sentita l’esigenza di utilizzare in maniera produttiva la grande quantità di CO2emessa dal suolo circoscrivendo al tempo stesso la sua pericolosità ambientale.
Per una corretta comprensione della presente invenzione va spesa qualche parola circa la problematica dello stoccaggio di energia proveniente da fonti rinnovabili.
L’incidenza della produzione da fonte rinnovabile nel mercato elettrico globale à ̈ maggiore anno dopo anno, sia in ambito italiano sia in ambito europeo. Una caratteristica tipica di queste fonti rinnovabili (eolico, solare, biomasse, etc) à ̈ quella di non essere programmabili nel tempo. La conseguente aleatorietà dell’immissione dell’energia in rete determina la necessità di individuare soluzioni che consentano la stabilizzazione del sistema elettrico nazionale.
In tale ambito si inseriscono i sistemi di accumulo che immagazzinano il surplus di energia qualora la rete di trasmissione non risulti idonea a smaltire in sicurezza tutta la potenza generata dalle fonti rinnovabili non programmabili. Generalmente, i sistemi di accumulo elettrico sono definibili come sistemi che immagazzinano l’energia elettrica convertendola in un’altra forma di energia (chimica, meccanica, elettrostatica, elettromagnetica).
I sistemi di accumulo di energia più diffusi sono gli accumulatori elettrochimici, noti anche come batterie, tali sistemi permettono un accumulo a medio termine (<1 giorno) con un impiego limitato dalla loro bassa energia, densità di potenza e durata. Altri sistemi includono le centrali di pompaggio e produzione idroelettrica.
Per la conservazione a lungo termine e il bilanciamento stagionale delle fonti di energia rinnovabili, i sistemi di accumulo chimici che operano la conversione dell’energia elettrica in vettori energetici quali l’idrogeno o il metano, possono candidarsi a essere i più idonei.
Scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare una soluzione le cui caratteristiche tecniche siano tali da soddisfare le esigenze relative sia alle emissioni di CO2dal suolo sia all’immagazzinamento dell’energia proveniente da fonti rinnovabili.
Oggetto della presente invenzione à ̈ un gruppo per la produzione di metano da gas emesso dal suolo, le cui caratteristiche essenziali sono riportate nella rivendicazione 1, e le cui caratteristiche preferite e/o ausiliari sono riportate nelle rivendicazioni 2-6.
Un ulteriore oggetto della presente invenzione à ̈ un metodo per la produzione di metano le cui caratteristiche essenziali sono riportate nella rivendicazione 7, e le cui caratteristiche preferite e/o ausiliari sono riportate nelle rivendicazioni 8-10.
Di seguito à ̈ riportato un esempio realizzativo a puro titolo illustrativo e non limitativo con l’ausilio della figura del disegno annesso, la quale illustra in forma schematica il gruppo oggetto della presente invenzione.
In figura à ̈ indicato nel suo complesso con 1 una forma di realizzazione del gruppo oggetto della presente invenzione.
Il gruppo 1 comprende dei mezzi di captazione del gas dal suolo 2, un dispositivo di trattamento del gas 3, mezzi di generazione di energia elettrica da fonti rinnovabili 4, un dispositivo elettrolizzatore 5, un reattore di metanazione 6 e un dispositivo di trattamento del metano prodotto 7.
I mezzi di captazione del gas dal suolo 2 vengono realizzati con sistemi che prevedono il contenimento del flusso gassoso proveniente da fenomeni di degassamento naturale dai suoli in un ambiente confinato. Generalmente, tali mezzi di captazione sono commercializzati per captare il biogas prodotto dalle discariche. Preferibilmente, i mezzi di captazione 2 comprendono un materiale di riempimento naturale (quali ad es. ghiaia e argilla) o telai in polipropilene o acciaio inox a sostegno di uno strato di guaina e/o di teli di copertura atti ad impedire fuoriuscite di gas dal sistema di captazione, e un sistema di aspirazione del gas costituito da un estrattore centrifugo.
Il gas così prelevato à ̈ convogliato nel dispositivo di trattamento del gas 3, il cui compito principale à ̈ quello di rimuovere dal gas stesso i composti solforati al fine di non pregiudicare mediante disattivazione del catalizzatore la successiva fase di metanazione.
La rimozione dei composti solforati si può realizzare attraverso tecnologie che prevedono l’assorbimento per via umida o l’adsorbimento su sorbenti ad alta temperatura. La desolforazione per via umida prevede un lavaggio con acqua o con solventi selettivi nei confronti dell’H2S a base di soda o amminici, che operano la rimozione dei composti solforati attraverso un assorbimento nel mezzo liquido. Generalmente, l’assorbimento si realizza in torri o colonne a riempimento e risulta favorito da basse temperature dell’ordine di quella ambiente e pressioni che a seconda della tipologia di assorbimento di natura chimica o di natura fisica possono andare dalla pressione ambiente a pressioni più elevate. L’assorbimento per via umida prevede una sezione di rigenerazione del solvente con il conseguente dispendio energetico e il ricircolo del solvente rigenerato all’assorbitore. Tale tecnologia à ̈ diffusa commercialmente e si presta nella pratica industriale a taglie impiantistiche piuttosto grandi data la complessità e i costi del sistema.
Preferibilmente, il dispositivo di trattamento del gas 3 opera una desolforazione ad alta temperatura presentando i vantaggi connessi alla possibilità di trattare solidi e non liquidi con una ovvia semplificazione nella gestione e nei costi.
La desolforazione ad alta temperatura à ̈ basata sull’adsorbimento di H2S su ossidi metallici di origine alcalina e di transizione, capaci di rimuovere i solfuri fino a parti per milioni, e rigenerabili attraverso un’ossidazione con ossigeno o aria.
La principale distinzione tra le due tipologie di ossidi à ̈ la possibilità o meno di rigenerare il solfato che si forma. Gli adsorbenti non rigenerabili contengono metalli alcalini (Ca, Ba, Sr) e tra questi si annoverano il calcare e la dolomite. Viceversa gli adsorbenti rigenerabili contengono metalli di transizione (Fe, Zn, Mn, Cu, Ni,etc.) e possono essere basati su ossidi singoli, combinazione di ossidi differenti e combinazioni di ossido e inerte. Generalmente, la fase dell’ossido puro viene confinata su supporti che ne aumentano l’area superficiale e ne diminuiscono la tendenza a sinterizzare.
Indicando con Me il generico metallo utilizzato, le razioni coinvolte si possono così riassumere:
MeO+H2S → MeS+H2O adsorbimento ∆H<0 La reazione avviene sopra i 250°C mentre la rigenerazione avviene in atmosfera di aria diluita in azoto o in corrente di vapore e si sviluppa nel range di temperature di 500°C-900°C con la seguente reazione:
MeS+3/2O2→ MeO+SO2rigenerazione ∆H>0 La presenza dei mezzi di generazione di energia elettrica da fonti rinnovabili 4 à ̈ una opzione che potrebbe anche non essere prevista qualora sia considerato un interfacciamento diretto del gruppo 1 con la rete elettrica. La produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile ha la funzione di coprire il fabbisogno elettrico del gruppo 1 nel suo complesso. In particolare, ci si riferisce principalmente al fabbisogno elettrico dell’elettrolizzatore e, secondariamente, delle utenze elettriche di ausiliari, quali ad es. pompe di ricircolo dell’acqua, compressori, aspiratori e dalla strumentazione. I mezzi di generazione di energia elettrica da fonti rinnovabili 4 possono preferibilmente comprendere un impianto fotovoltaico della taglia necessaria a coprire le utenze interne o di taglia maggiore nel caso si volesse cedere l’energia elettrica di surplus alla rete. Questo tipo di impianto à ̈ immediatamente disponibile sul mercato.
Anche l’eolico di piccola e media taglia potrebbe trovare il suo impiego in tale sistema.
Alternativamente e come precedentemente accennato, Ã ̈ possibile prevedere che il gruppo 1 sia connesso direttamente alla rete elettrica al fine di assorbire il surplus di produzione a costi ragionevoli (applicazione come energy storage).
Il dispositivo elettrolizzatore 5 può essere di tipo alcalino il quale utilizza una soluzione acquosa di un elettrolita alcalino a base di idrossido con concentrazione compresa tra il 25% e il 35%. Gli elettrolizzatori alcalini convenzionali funzionano con una pressione prossima a quella’ambiente e con temperature di funzionamento variabile tra i 70°C e i 90°C e una tensione di cella che va da 1,8 a 2,25 V. I consumi relativi alla produzione di 1 Nm<3>di idrogeno si attestano intorno a 4-6 kwh/Nm<3>H2con efficienze tra il 60 e l’70 %. Generalmente questo tipo di elettrolizzatori possono lavorare da 1 a 30 bar.
Alternativamente, il dispositivo elettrolizzatore 5 può essere del tipo a celle a membrana polimerica (PEM). Questo tipo di elettrolizzatore permette di raggiungere, a parità di efficienza, densità di energia e potenze molto più elevate ma richiede catalizzatori del gruppo del platino presentando quindi costi maggiori rispetto agli elettrolizzatori alcalini. I valori dell’energia richiesta in kwh dal processo per produrre un Nm<3>di H2nel caso di elettrolizzatori con tecnologia PEM sono di 4-5 kwh/Nm<3>H2.
La presenza del dispositivo elettrolizzatore 5 nel gruppo 1 consente al sistema di essere in grado di accogliere la potenza elettrica variabile in alimentazione. L’idrogeno prodotto (con un grado di purezza del 99%) viene inviato ad un serbatoio di accumulo che permette il disaccoppiamento dal funzionamento in discontinuo dell’elettrolizzatore da quello in continuo dell’impianto.
Per una corretta analisi circa i vantaggi economici del gruppo 1 oggetto della presente invenzione, va considerato che l’ossigeno prodotto dal dispositivo elettrolizzatore, avendo un elevato grado di purezza (99,5%vol), può essere valorizzato dal mercato.
Il reattore di metanazione 6 realizza la conversione catalitica di CO2in CH4. Le principali reazioni coinvolte nel processo sono di seguito elencate.
CO2(g) 4 H2(g) → CH4(g) 2 H2O (g) [1] ∆G°298 °K = - 27150,4 cal; ∆H°298 °K = - 37531 cal. CO (g)+ 3 H2(g) → CH4(g) H2O (g) [2] ∆G°= -53806 60,34 T cal/mole per T compreso fra 600 e 1500 °K
∆G°298 °K = -33967 cal; ∆H°298 °K = - 49271 cal.
Se sono presenti anche piccole quantità di O2si ha anche la seguente reazione:
O2(g) 2 H2(g) → 2 H2O (g) [3] ∆G°298 °K = - 115596 cal; ∆H°298 °K = - 109270 cal. Data l’esotermicità della reazione, per avere elevate conversioni, occorre operare a temperature modeste.
Per ottenere accettabili velocità di reazione si impiegano dei catalizzatori. Sono stati sperimentati molti catalizzatori (Ni, Cu, Ir, Co, Fe, Pt, Pd, Mo, W , Ru e Rh, tutti con diversi supporti come Al2O3, TiO2, CeO2, -MgO-, -MgAl2O4-, -K2O-MgAl2O4-, SiO2, -Cr2O3, ksr, -MgO-ksr, ZrO2, Al2O3-CaO , La2O3) ma i più attivi sono quelli a base di nichel e di ossidi di nichel (70 ± 80 %) e di Al2O3(30 ± 20%).
I catalizzatori di nichel e di ossido di nichel vengono avvelenati dai composti solforati e dall’arsenico ed occorre, perciò, trattare in precedenza i gas per l’allontanamento dei composti solforati.
La temperatura di reazione à ̈ mantenuta intorno a 300°C e, data l’esotermicità delle reazioni occorre controllare che la temperatura nel reattore non salga oltre i 430 °C altrimenti si ha un abbassamento dell’attività catalitica.
Poiché la reazione avviene con diminuzione del numero di moli, si può operare ad una pressione che va da qualche atmosfera fino a 60 atm.
In particolare, il reattore di metanazione utilizza la tecnologia del letto fisso (letto di catalizzatore foggiato in cilindretti o in pastiglie) equipaggiato con controlli di pressione, temperatura e composizione. Il gas di alimentazione viene preriscaldato a circa 250°C ed inviato nel reattore regolando la portata in modo che non si abbia innalzamento della temperatura oltre i valori desiderati.
L’acqua prodotta durante la fase di metanazione viene successivamente convogliata nell’elettrolizzatore 5 mediante una linea di trasporto 8 dedicata. Il metano prodotto viene raffreddato ed inviato al dispositivo di trattamento 7 predisposto per depurarlo dal suo contenuto di acqua. Il metano poi verrà compresso alla pressione necessaria alle specifiche di rete nella quale verrà immesso o alle specifiche di stoccaggio nel caso di consumo locale.
Come può apparire evidente dalla descrizione di cui sopra, il gruppo ed il metodo oggetto della presente invenzione offrono il grande vantaggio di convertire la CO2emessa dal suolo in metano attraverso un processo che utilizza l’idrogeno prodotto dall’elettrolisi la quale à ̈ alimentata energeticamente da fonti rinnovabili. In questo modo si realizza ad emissioni zero una produzione di un gas sostitutivo a quello naturale. Il particolare vantaggio della soluzione della presente invenzione à ̈ la generazione di un prodotto standardizzato, quale il metano, che può essere immesso in rete o stoccato per un utilizzo locale.
Va considerato, infatti, che il gruppo ed il metodo proposti potrebbero rispondere, ad integrazione di altri sistemi di accumulo, allo smaltimento del surplus di produzione di energia non altrimenti assorbibile dalla rete di trasmissione.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Gruppo per la produzione di metano comprendente un reattore di metanazione (6) atto alla conversione di anidride carbonica in metano per idrogenazione catalitica e un dispositivo elettrolizzatore (5) atto a produrre idrogeno necessario da immettere nel reattore di metanazione (6); il detto gruppo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di captazione dal suolo (2) di un gas comprendente anidride carbonica ed un dispositivo di trattamento (3) per la sua desolforazione del gas proveniente da detti mezzi di captazione dal suolo (2) ed atto a purificare l’anidride carbonica da immettere nel reattore di metanazione (6), e dal fatto che almeno detto dispositivo elettrolizzatore (5) à ̈ alimentato con energia elettrica proveniente da fonti rinnovabili.
- 2. Gruppo per la produzione di metano secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di generazione di energia elettrica da fonti rinnovabili (4).
- 3. Gruppo per la produzione di metano secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo di trattamento (7) atto alla disidratazione del metano prodotto.
- 4. Gruppo per la produzione di metano secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto di comprendere una linea di trasporto dell’acqua (8) atta a trasportare l’acqua prodotta dal reattore di metanazione (6) al dispositivo elettrolizzatore (5).
- 5. Gruppo per la produzione di metano secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di captazione del gas dal suolo (2) comprendono un materiale di riempimento naturale.
- 6. Gruppo per la produzione di metano secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di trattamento del gas (3) utilizza una tecnica di adsorbimento su sorbenti ad alta temperatura (5).
- 7. Metodo per la produzione di metano comprendente una fase di metanazione in cui della anidride carbonica viene convertita in metano mediante idrogenazione catalitica e una fase di elettrolisi in cui l’acqua à ̈ decomposta in ossigeno e idrogeno disposta ad alimentare la detta fase di metanazione; detto metodo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di captazione dal suolo di un gas comprendente anidride carbonica ed una fase di desolforazione del gas proveniente dalla precedente fase di captazione; il gas proveniente da detta fase di desolforazione essendo disposto ad alimentare la detta fase di metanazione.
- 8. Metodo per la produzione di metano secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di produzione di energia da fonti rinnovabili atta ad alimentare almeno detta fase di elettrolisi.
- 9. Metodo per la produzione di metano secondo la rivendicazione 7 o 8, caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di disidratazione del metano prodotto.
- 10. Metodo per la produzione di metano secondo una delle rivendicazioni da 7 a 9, caratterizzato dal fatto di integrarsi con i sistemi di accumulo energetico atti allo smaltimento del surplus di energia elettrica.
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2448685A (en) * | 2007-04-23 | 2008-10-29 | David Andrew Johnston | Carbon dioxide absorbed from air and hydrogen from electrolysis of water, for production of carbon monoxide, alcohols, Fischer-Tropsch hydrocarbons & fuels |
| US20120091730A1 (en) * | 2009-04-09 | 2012-04-19 | Zentrum Fuer Sonnenenegie-und Wasserstoff-Forschun g Baden-Wuertlemberg | Energy Supply System and Operating Method |
| EP2532729A2 (de) * | 2011-06-10 | 2012-12-12 | SolarFuel GmbH | Verfahren zum bereitstellen eines in ein Gasnetz einspeisbaren Gasgemisches und dafürgeeignete Anlage |
| FR2977089A1 (fr) * | 2011-06-17 | 2012-12-28 | Laurent Jean Serge Zibell | Stockage et restitution de masse d'electricite sous forme chimique comprenant des etapes d'electrolyse, de methanisation et d'oxycombustion. |
| US20130041051A1 (en) * | 2009-12-23 | 2013-02-14 | Solar Fuel Gmbh | Method for producing a methane-rich product gas and reactor system usable for that purpose |
| WO2013029701A1 (de) * | 2011-08-29 | 2013-03-07 | Ostsee Maritime Gmbh | Energieversorgungsanlage, insbesondere für den bereich der haustechnik |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BR112012000046B1 (pt) * | 2009-07-02 | 2020-11-17 | The University Of Chicago | método para produzir metano |
| ES2562837T3 (es) * | 2010-10-04 | 2016-03-08 | University Of Southern California | Reciclado de dióxido de carbono mediante captura y almacenamiento temporal para producir combustibles renovables y productos derivados |
-
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-
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2448685A (en) * | 2007-04-23 | 2008-10-29 | David Andrew Johnston | Carbon dioxide absorbed from air and hydrogen from electrolysis of water, for production of carbon monoxide, alcohols, Fischer-Tropsch hydrocarbons & fuels |
| US20120091730A1 (en) * | 2009-04-09 | 2012-04-19 | Zentrum Fuer Sonnenenegie-und Wasserstoff-Forschun g Baden-Wuertlemberg | Energy Supply System and Operating Method |
| US20130041051A1 (en) * | 2009-12-23 | 2013-02-14 | Solar Fuel Gmbh | Method for producing a methane-rich product gas and reactor system usable for that purpose |
| EP2532729A2 (de) * | 2011-06-10 | 2012-12-12 | SolarFuel GmbH | Verfahren zum bereitstellen eines in ein Gasnetz einspeisbaren Gasgemisches und dafürgeeignete Anlage |
| FR2977089A1 (fr) * | 2011-06-17 | 2012-12-28 | Laurent Jean Serge Zibell | Stockage et restitution de masse d'electricite sous forme chimique comprenant des etapes d'electrolyse, de methanisation et d'oxycombustion. |
| WO2013029701A1 (de) * | 2011-08-29 | 2013-03-07 | Ostsee Maritime Gmbh | Energieversorgungsanlage, insbesondere für den bereich der haustechnik |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "Biogas Digest Volume II Biogas -Application and Product Development Information and Advisory Service on Appropriate Technology", 1 January 1999 (1999-01-01), XP055102956, Retrieved from the Internet <URL:http://www2.gtz.de/dokumente/bib/04-5365.pdf> [retrieved on 20140218] * |
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