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Nel corso della storia umana, i miglioramenti nella qualità della vita sono spesso stati accompagnati da effetti collaterali dannosi. La salute orale, ad esempio, ha fatto grandi passi avanti grazie alla fluorizzazione dell'acqua. Allo stesso tempo, ci sono indicazioni che un eccesso di fluoro contribuisca all'indebolimento di ossa e legamenti, e potrebbe esacerbare patologie psicologiche. La ricerca scientifica risponde a problemi come questi cercando modi per conservare i benefici mitigando gli effetti collaterali. Questo tipo di indagine si svolge in un ampio spettro di scienze naturali e applicate. Un eccellente sottoprodotto di tale scoperta è l'uso del flaring nel recupero e nella lavorazione dei combustibili.
Quando petrolio, gas naturale o altre fonti energetiche vengono recuperati e raffinati, ci sono gas associati che non necessariamente aiutano – e potrebbero persino ostacolare – la produzione di carburante in termini di sicurezza ed efficienza. Il flaring si riferisce semplicemente alla combustione di gas superfluo per lo sviluppo della fonte energetica. Utilizzando una torcia o un braccio attraverso il quale il gas di torcia viaggerà, i tecnici convogliano i composti indesiderati alla punta dove reagiscono con l'aria. Questa reazione è riconoscibile a molti che potrebbero vedere una fiamma in cima a una torre nei giacimenti petroliferi o negli impianti di lavorazione del carburante.
Il flaring di petrolio e gas viene effettuato per la salute e la sicurezza dei lavoratori. Un evidente pericolo affrontato dal flaring è l'accumulo pericoloso di pressione in tubi e serbatoi. Tale evento potrebbe portare a un'esplosione. Un altro beneficiario del flaring è l'atmosfera: la combustione alla punta della torcia rilascia vapore acqueo e CO₂ ma neutralizza anche gli effetti del biossido di zolfo e di altri composti organici volatili. Secondo l'Agenzia per la Protezione dell'Ambiente degli Stati Uniti (EPA), "Le riduzioni delle emissioni di metano di 2.000 Mcf (milioni di piedi cubi) all'anno si applicano a una singola torcia con un singolo pilota."
I sistemi di flaring del gas iniziano con un flusso in ingresso per regolare la pressione del gas naturale o del petrolio greggio in entrata. Il flusso procede verso un serbatoio di separazione (knockout drum) dove liquidi e vapori si dividono. Da lì, il gas scorre verso un serbatoio di tenuta anti-ritorno di fiamma (flashback seal drum). C'è una salvaguardia per questa transizione, tuttavia: la pressione deve rientrare in un certo intervallo prima che il serbatoio di tenuta anti-ritorno di fiamma si apra. Il gas di spurgo viene pompato nel serbatoio per espellere eventuali residui di gas combustibile. Così facendo, il sistema impedisce alla fiamma in cima alla torcia di scendere e causare danni. Solo allora il gas può entrare nella torre di flaring del gas.
Flaring e sfogo (venting) sono spesso confusi. In realtà, lo sfogo è il rilascio regolamentato di gas nell'atmosfera durante la fase di produzione del processo di estrazione energetica. Nello sfogo non avviene combustione, mentre il flaring è la combustione controllata di gas sia durante le fasi di produzione che di lavorazione.
Sebbene il flaring apparentemente protegga l'atmosfera da composti organici tossici e volatili, è comunque responsabile del rilascio di CO₂ e CH₄. Che questi composti siano significativi contributori al riscaldamento globale è ben documentato. Infatti, innumerevoli studi pubblici e privati si concentrano solo sulle emissioni di CH₄: alcune delle stime provenienti da impianti di gas naturale mirati raggiungono il 10% dello scarico totale. Eppure il CH₄ non è l'unica conseguenza del flaring di gas naturale. Un altro componente di questa combustione è qualcosa conosciuto come carbonio nero, cioè particolato fine di inquinamento atmosferico. Il profano lo conosce come fuliggine. Il risultato di una combustione incompleta di petrolio, gas naturale o legno, tra le altre fonti di carburante. Sebbene il carbonio nero abbia una breve durata come minaccia atmosferica, può fare molti danni in quel breve periodo. È noto indurre un effetto dannoso su colture, suolo e criosfera, cioè ghiaccio e neve, così come sulla salute e sul benessere umano. Ridurre anche modestamente il carbonio nero ha dimostrato di mitigare questi problemi.
La ricerca di rimedi agli effetti collaterali negativi del flaring è una ricerca continua. Nel caso del gas naturale, il flaring non è una necessità urgente se esiste un accesso immediato a una condotta attraverso la quale il gas potrebbe essere trasportato a un impianto di trattamento per la purificazione. In assenza di tale infrastruttura, in ogni caso, esiste altra tecnologia che indica il recupero del gas di torcia. A Taiwan, ad esempio, i compressori sono ora montati sui sistemi di torcia delle raffinerie – per legge – in modo che i gas di scarico siano diretti a una torcia a terra, completamente racchiusa durante la combustione. Solo quando il volume di lavorazione supera una certa soglia il design della torre di flaring ospiterà l'eccesso di scarico. Questo sistema di recupero del gas di torcia offre un'alternativa più ecologica.
Talvolta denominato gas naturale rinnovabile, il biogas è CH₄ derivato da materiale organico. Chiamato substrato nella produzione di biogas, la materia organica spazia – fogliame in decomposizione e carcasse di animali; rifiuti alimentari e compost; escrementi di animali selvatici e letame del bestiame; liquami e acque reflue, per citare alcuni esempi. Quando tali sostanze sono private di ossigeno, ha luogo la digestione anaerobica, per cui il materiale viene disintegrato chimicamente dai batteri in diverse fasi. Quando avvengono le reazioni finali, sia il CH₄ che la CO₂ vengono rilasciati dal substrato. La tecnologia dei digestori anaerobici consente ora di lavorare il substrato in grandi quantità e di catturare e purificare il biogas per utilizzarlo come carburante per veicoli e per la conversione in elettricità.
A seconda del tipo di materia organica che funge da substrato, essa può essere prima polverizzata per ottenere una consistenza più omogenea. Da questo punto, il substrato entra nel digestore dove viene riscaldato, spesso a oltre 100 gradi Fahrenheit. Quando questo periodo di fermentazione – 20 giorni o più – è completo, tra il 40 e il 70 percento del rendimento gassoso è CH₄. Il resto è principalmente CO₂ e alcune tracce di composti contaminanti. Molti mezzi sono disponibili per separare il CH₄, tra cui l'assorbimento, l'adsorbimento e la filtrazione a membrana. Il residuo del substrato, ora chiamato digestato, serve come potente fertilizzante per le colture agricole.
Tra i composti che compromettono le prestazioni del biogas o che comunque minacciano la salute e l'efficienza figurano: Vapore acqueo; Solfuro di idrogeno (H₂S); Composti alogenati; Ammoniaca; Silossani; Composti organici volatili. Il particolato simile al carbonio nero può essere presente anche nel biogas grezzo. Non solo impurità come queste inibiscono l'efficienza del carburante, ma possono anche causare danni corrosivi a contenitori e condotti attraverso i quali il biogas viene trasportato.
Metodi di rimozione comuni hanno dimostrato efficacia nella purificazione del CH₄ per l'uso energetico. • Assorbimento – Un modo per l'upgrading è far passare il biogas attraverso una colonna di soluzione di idrossido di sodio (NaOH), che assorbe i contaminanti mentre il CH₄ passa attraverso. • Adsorbimento – Ciò implica far entrare il biogas in contatto con una superficie solida fatta di ossido di ferro, carbone attivo, gel di silice e/o altri composti che fanno aderire le molecole di gas indesiderate alla superficie. • Membrane – Vengono utilizzati materiali porosi attraverso i quali passano le molecole di gas impuro mentre le molecole di CH₄ vengono intrappolate.
Spesso, la biomassa presente negli impianti di depurazione o nelle discariche è ricca di composti gassosi contaminanti. Alcune di queste strutture optano per un sistema di flaring del biogas. Il gas di discarica viene frequentemente bruciato in una torcia di biogas chiusa. Il flaring può essere costante o intermittente. Il primo diminuisce la quantità di CH₄ rilasciata nell'atmosfera, mentre il secondo tiene conto delle condizioni dell'attrezzatura di conversione energetica. È importante notare che il biogas è a emissioni zero di carbonio, quindi qualsiasi emissione di CO₂ non è considerata un gas serra aggiuntivo. L'utilizzo del biogas per l'energia, per definizione, limita il volume di CH₄ che sale nell'atmosfera, sia che venga impiegato il flaring o meno. Pertanto, il flaring causa meno problemi ambientali quando si brucia biogas rispetto al gas naturale proveniente da depositi geologici. Inutile dire che il flaring chiuso è ancora più ecologico. La scelta se utilizzare il flaring o un'altra tecnica per eliminare i gas nocivi dipende spesso dal substrato che dà origine al biogas.
I professionisti dell'energia utilizzano il flaring per bruciare i gas di scarico durante la produzione e la raffinazione di gas naturale e petrolio. Mentre lo sfogo (venting) rilascia questi gas direttamente nell'atmosfera, il flaring, ovvero la combustione dei gas, ne rilascia meno e ne distrugge di più. Esistono, tuttavia, aspetti ecologici negativi legati ai sistemi di recupero del flaring. Il CH₄, un gas serra primario, viene ancora emesso dalla torre di flaring. Inoltre, anche il particolato di carbonio nero è una conseguenza della torcia. In alcuni casi, anche il biogas viene flarato. Le conseguenze indesiderabili del flaring con combustibili fossili sono in qualche modo mitigate con il biogas.
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