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Il metano è un gas serra che ha una certa responsabilità nell'inquinamento atmosferico e nelle complicazioni legate al cambiamento climatico. Allo stesso tempo, è un gas rinnovabile che funge da abbondante fonte alternativa di energia prodotta, oltre che da modo ecologico per alimentare veicoli. Il meglio di tutto è che è più abbondante e immediatamente accessibile del gas naturale proveniente da depositi geologici. Eppure — proprio come il gas naturale, il petrolio o il carbone — il biogas nella sua forma più grezza contiene composti chimici che ostacolano l'economia, l'efficienza e, sì, la sicurezza. Uno scrubber per biogas è un rimedio per queste sostanze indesiderate.
L'essenza del biogas è il metano, o CH₄, un gas serra incolore e inodore. Pertanto, quando abbondante nell'atmosfera, il CH₄ intrappolerà il calore impedendogli di dissiparsi e aggraverà il riscaldamento globale e il cambiamento climatico. Meno copioso e duraturo dell'anidride carbonica (CO₂), il metano è tuttavia un intrappolatore di calore più minaccioso di qualsiasi altro gas serra. Detto questo, il CH₄ ha un forte impatto in termini di energia. Il biogas purificato contribuisce ora alle reti elettriche regionali e ai sistemi di trasporto pubblico. Ciò dimostra che, quando catturato, il metano del biogas è una risorsa ambientale piuttosto che un onere.
Come accade? Considerate questo fatto: alcune stime attribuiscono il 15 percento delle emissioni di gas serra di origine umana alla flatulenza del bestiame. Cos'è questo se non il prodotto della digestione, cioè la scomposizione di sostanze per formare vari composti chimici. Tale è il caso della digestione anaerobica. Questo processo produce metano da tutti i tipi di rifiuti: compost, liquami, letame, discariche, rami di alberi morti, carcasse di animali, ecc. In un'epoca in cui la gestione dei rifiuti è un crescente fattore di stress ambientale, la digestione anaerobica — che avviene naturalmente o per intenzione umana — affronta le ecologie sia della terra che dell'atmosfera.
Come progettato dagli esseri umani, un digestore anaerobico prende uno qualsiasi dei materiali di partenza — chiamati anche substrati — sopra elencati e lo confina in un serbatoio privo di ossigeno. Una volta isolato in questo modo e riscaldato a varie temperature, il materiale organico procede attraverso diverse fasi di decomposizione per mezzo di batteri. Alla fine di questo processo, il substrato produce CH₄, CO₂ e una miscela di altri composti in tracce. Questo è il biogas, che viene convogliato in un altro recipiente per la cattura e lo stoccaggio. Il resto del materiale di partenza è il digestato, riservato per un uso successivo come fertilizzante o lettiera per il bestiame, per esempio. Nel frattempo, il futuro del biogas catturato dipende dalla sua lavorazione. Così come si presenta dopo la digestione, il biogas non è ancora pronto per l'uso.
Il biogas grezzo è metano più — più CO₂, solfuro di idrogeno (H₂S), silossani, mercaptani e anidride solforosa, tra le altre sostanze. In vari gradi, queste sostanze chimiche rendono il biogas meno efficace come fonte di energia e possono danneggiare la capacità di trasporto e stoccaggio. Alcune di esse sono tossiche per la salute umana. Inutile dire che i produttori di biogas devono eliminare queste sostanze affinché il loro gas sia sicuro ed efficiente per i consumatori. Le procedure di pulizia dipendono in gran parte dall'uso finale del biogas. Per semplicità, consideriamo il trattamento più completo, il trattamento completo.
Diversi meccanismi servono a rimuovere i composti distruttivi dal biogas grezzo. Tra i più efficaci, una soluzione di idrossido di calcio, o calce spenta, può rimuovere sia la CO₂ che l'H₂S in condizioni di alta pressione, bassa temperatura e alti livelli di pH. Utilizzando l'adsorbimento, il carbone attivo è un forte rimotore di CO₂ mentre converte l'H₂S in zolfo puro. Anche il solfuro di ferro estrae l'H₂S dalla miscela.
Il vapore acqueo è un'altra presenza dannosa nel biogas grezzo. Diminuendo il potere calorifico del biogas, l'H₂O riduce quindi la produzione di energia dai motori alimentati a biogas. Quindi, sebbene non tossico come l'H₂S, il vapore acqueo è comunque un ostacolo per un'efficienza prestazionale. Un solido sistema di scrubbing del biogas comprime solitamente il vapore, lo raffredda e gli permette di precipitare dal biogas. Altri modi per eliminare il vapore di H₂O dal flusso sono l'adsorbimento con gel di silice; glicole e sali igroscopici ad alta temperatura; e setacci che possono catturare le molecole d'acqua. Tutti si dimostrano elementi efficaci di scrubbing.
La necessità di uno o di tutti i metodi di scrubbing dipende dal materiale di partenza iniziale; dal processo di digestione anaerobica; e dallo scopo del biogas. Il tipo di digestione anaerobica, in questo contesto, si riferisce al livello di calore applicato nel serbatoio di digestione.
circa 20 gradi Celsius
tra 35 e 40 gradi Celsius
tra 50 e 60 gradi Celsius
Naturalmente, le differenze di calore dipenderanno anche dal substrato e dallo scopo. Quindi, ciascuno degli elementi di un sistema di scrubber per biogas è, in un certo senso, sintonizzato sull'altro.
La facilità con cui il biogas viene ottenuto rispetto al gas naturale geologico completa i benefici ambientali complessivi di questo gas naturale rinnovabile. Eppure il metano del biogas è un raccolto che produce molte erbacce metaforiche. Si tratta di composti chimici che ostacolano le prestazioni finali del gas a meno che non vengano rimossi. Fortunatamente, esistono molteplici modi per estrarre queste sostanze proibitive dal metano utilizzabile. Alcuni coinvolgono un'applicazione liquida; altri usano l'adsorbimento su solidi. Una volta completata questa lavorazione, il biogas diventa una fonte di energia abbondante, altamente pratica ed ecocompatibile.
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