La novità arriva dalla Spagna, dove la società Ingelia SL ha brevettato la carbonizzazione idrotermale (Htc).
La ricerca di base è stata fatta in Italia, da Ingelia Italia e Creo Srl (sito web in costruzione), aziende con sede in Toscana, regione in cui sorgeranno i primi due impianti italiani, dopo il primo, sperimentale, di Valencia.
Si tratta di una tecnologia innovativa e proprietaria che eleva a livello industriale l'applicazione della tecnica di carbonizzazione idrotermale, rendendola fruibile per la realizzazione di impianti dedicati al recupero dei residui organici al fine di migliorarne l'utilizzo e la valorizzazione.

La carbonizzazione idrotermale riproduce di fatto una accelerazione del processo naturale di carbogenesi che la biomassa subisce quando è sottoposta a particolari condizioni di pressione e temperatura, generando un residuo inattivo, il biocarbone, avente caratteristiche chimico-fisiche che rientrano nei range delle ligniti. Materia di partenza per questa trasformazione possono essere scarti vegetali e biologici di attività agricole, industriali e commerciali nonché la forsu ed i rifiuti organici provenienti dal servizio di raccolta differenziata.
Il processo di carbonizzazione idrotermale di biomassa funziona con temperature in un intervallo ricompreso tra 180-210 °C con pressioni tra 10-20 bar. In queste condizioni termiche e di pressione si verifica un processo chimico che possiamo sintetizzare nell’ esempio di seguito:
[img1ce]In una prima fase la biomassa viene depolimerizzata: questa fase è chiamata anche fase di monomerizzazione in cui si formano monosaccaridi o zuccheri, come pentosi ed esosi. Le molecole formate durante la monomerizzazione sono disidratate e formano composti carbonilici nel gruppo delle aldeidi, come i composti furano, e più specificamente, per esempio, idrossimetilfurfurale e furfurolo.

Successivamente, in una seconda fase, i composti aldeidici polimerizzano: adesso a reagire non sono solo i composti aldeidici ma anche composti aromatici (da lignina), composti insaturi e composti acidi (per esempio, prodotti di degradazione degli zuccheri).
In aggiunta ai composti descritti, è possibile trovare acido levulinico copolimerizzato, così come anelli aromatici.

[img6dx] Il procedimento sopra descritto è coperto da una serie di brevetti industriali internazionali che fanno capo alla società di ingegneria spagnola Ingelia (partner nella JV Ingelia Italia ) e che sono stati ottenuti a seguito di una serie di progetti cofinanziati dalla Unione Europea nell’ambito del programma quadro FP7. Il lavoro che soggiace alla messa a punto di questa tecnologia, visibile anche sul sito https://www.newapp-project.eu/en/ è attestato da quattro brevetti industriali a protezione della proprietà intellettuale.

In pratica, la biomassa rifiuto, dopo essere stata vagliata, deferrizzata e triturata, viene miscelata con acqua per giungere al corretto grado di umidità richiesto (circa 80%) e viene dunque avviata alla sezione dei reattori per mezzo di pompe a pistoni che sono ad essi collegate attraverso tubi di preriscaldo; la miscela di reazione giunge quindi all'ingresso nei reattori alla temperatura di circa 170°C e con pressione di circa 20 bar; all’'interno del reattore la temperatura sale poi fino a circa 200°C.

L’'energia termica è fornita da una caldaia alimentata a pellet (o con lo stesso biocarbone prodotto dal processo) che attraverso uno scambiatore di calore a fluido alimenta i tubi di preriscaldo ed il reattore stesso; è inoltre previsto un sistema di recupero del calore residuo dalle fasi di condensazione e raffreddamento nonché l’'utilizzo dei fumi per alimentare l'essiccatore nella sezione di post-trattamento ottimizzando così l’efficienza del sistema.

I reattori, verticali a flusso invertito, anch'essi oggetto di brevetto, sono alimentati attraverso una colonna montante in cui inizia un processo di monomerizzazione che porta alla formazione di oli, nonché il rilascio di CO2, derivante dalla decomposizione naturale della biomassa rifiuto. Non è attesa la formazione di metano, viste le condizioni in cui avviene la reazione.
CO2 e vapor d’facqua salgono attraverso l'interno del reattore per raccogliersi nella parte superiore, da dove vengono evacuati, insieme al vapore saturo, all’'interno del serbatoio del sistema di controllo della pressione (brevettato) dove vengono raffreddati, condensati e reinviati all’'interno del reattore, in un loop che ha il fine di tenere costante la pressione ed omogenea la temperatura, in ogni punto del reattore stesso. La percentuale di CO2 generata dal processo è stimata inferiore al 5% della massa di carbonio contenuto nella biomassa in ingresso ed è evacuata mediante valvola di sfiato.
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Sebbene la densità della biomassa rifiuto possa variare ed essere inferiore o superiore a quella dell'acqua, nella fase di monomerizzazione, una volta avviata, i componenti derivati tendono comunque a salire ed a galleggiare sulla superficie. Questo effetto permette che detti composti rimangano vicini alla linea di galleggiamento, una volta usciti dal tubo montante, così che all’'interno del reattore si abbia un livello definito di fase solido-liquida mentre nella parte superiore si trovino vapore e gas di processo.
Pertanto, il processo di carbonizzazione inizia già fin dall'ingresso nel reattore; i componenti derivanti dalla prima fase di monomerizzazione entrano quindi in una seconda fase di polimerizzazione.

Il processo è di natura esotermica e durante la reazione viene rilasciata energia termica che da un lato contribuisce a contenere la necessità di energia da fornire, dall'altro obbliga ad un controllo continuo dei livelli di temperatura e di pressione, che qui è validamente ottenuto con l'applicazione di un brevetto specifico.

In questa nuova fase, oli e altri composti che si formano durante la monomerizzazione, polimerizzano e formano una sorta di resina che di fatto è uno stato precedente alla carbonizzazione. La fase di polimerizzazione ha una durata di circa 6 ore e durante questo periodo si forma un solido carbonioso in forma particellare.
A conclusione della reazione avremo l'evacuazione dal reattore di un liquido con particelle carboniose in sospensione che verrà depressurizzato e raffreddato fin al di sotto dei 100°C (con recupero di energia) per poi essere avviato, dopo aver superato un separatore gravimetrico per la riduzione delle ceneri, al filtropressa che separerà l'acqua di processo dal solido carbonioso.

Da detto processo si originano infatti materie prime equivalenti per le quali è presente comunemente un impiego, esiste una domanda e con le quali si può evitare il consumo di altre risorse naturali. Ciò è in assoluto pieno accordo sia con la definizione di “recupero” dell’'art.183 del DLgs 152/06, sia con quanto previsto all’'art.184-ter del decreto stesso, relativamente alla “cessazione della qualifica di rifiuto” nonché conforme ai dettami della direttiva comunitaria 98/08 anche nota come EoW , recepita con legge 210 del 2008.
Il ciclo di produzione di un impianto con tecnologia Ingelia consiste quindi nel recupero di rifiuti e dunque nella valorizzazione delle biomasse residuali.
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I prodotti del processo di recupero risultano essere almeno due:
1. Un Solido Carbonioso , Carbone ( Lignite ) o Hydrochar o Biochar
2. Un concentrato ricco di elementi fertilizzanti estratto dalle acque di processo (soluzione salina concentrata)

Per quanto riguarda il prodotto principale del processo, il solido carbonioso che praticamente è una lignite, la sua struttura fisica e le caratteristiche chimiche hanno un enorme potenziale mirato alla produzione di nanostrutture di carbonio per vari utilizzi industriali, dove può efficacemente essere impiegato a tutti gli effetti in sostituzione della tradizionale materia prima – il carbone di origine fossile - con risultati già documentati ed in alcuni casi eccellenti.
Studi recenti hanno redatto ampia letteratura scientifica riportando le buone performance ottenute da applicazioni di Hydrochar nell’industria chimica, per lo stoccaggio dell’idrogeno, per il sequestro di CO2, per la produzione di elettrodi per batterie, per i filtri a carboni attivi per liquidi o gas, per la produzione di celle a combustibile, nella fotocatalisi, nonché come ammendante per arricchimento del suolo in agricoltura.
Come riferimento si può approfondire leggendo l’articolo scientifico ”Hydrothermal carbonization: a greener route towards the synthesis of advanced carbon materials” – Autori Sevilla et al. Boletin Grupo Espagnol Carbon 25-2012.

Confrontando le caratteristiche del Hydrochar con le specifiche del DM 14.02.13 n. 22 tabulate sopra, si ha evidenza della possibile classificazione come CSS Combustibile del Hydrochar prodotto con processo di carbonizzazione idrotermale.
Tuttavia, come già detto ed evidenziato, classificare questo prodotto come CSS Combustibile sarebbe comunque riduttivo perché il Hydrochar è un prodotto ben diverso, con caratteristiche qualitative e potenzialità decisamente superiori a quelle del CSS Combustibile a partire dal fatto che è utilizzabile in numerose applicazioni industriali in sostituzione della materia prima di origine fossile, con evidenti risparmi di risorse e di energia per l'estrazione ed il trasporto.

• Il biocarbone può, infatti, essere sottoposto ad ulteriori processi di micronizzazione e di upgrading che permettono di fruire delle sue straordinarie caratteristiche di adsorbenza e che lo rendono adatto a scopi industriali quali ad esempio -- ma non solo-- quelli per la produzione di : Filtri a carboni attivi , Vernici , Elettrodi per batterie, Fuel Cell, SuperCapacitori, Adsorbenti ecc.
Il biocarbone ha anche effetti ammendanti e rigeneranti sui suoli e pertanto il suo utilizzo in agricoltura è già autorizzato in alcuni stati quali gli USA e l’UK e, da Agosto 2015, anche in Italia, pur se ancora con la limitazione della provenienza da soli matrici vegetali

Il prodotto secondario dell'azione di recupero è costituito dal concentrato estratto dalle acque di processo.
E' opportuno rammentare che nel processo di Ingelia si produce una reazione termochimica che ha un effetto di deidratazione della biomassa per la quale il carbonio viene quasi completamente (>85%) concentrato nel carbone; una parte di esso (<10/15%) resta comunque in soluzione nell’acqua di processo, che esce dall’impianto a fine ciclo, sterile e ricca di contenuto organico e sostanze fertilizzanti.
In Spagna, Ingelia S.L., ha avuto sin dal 2012, il permesso dall’Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias (IVIA), di utilizzare l’acqua di processo che l’impianto produce, come prodotto da avviarsi direttamente agli impianti di fertirrigazione che localmente sono impiegati nelle aree dedicate alla coltivazione degli agrumi, con risultati eccellenti.
In Italia , nella progettazione degli impianti con tecnologia Ingelia è previsto che le acque di processo siano sottoposte a ultrafiltrazione ed osmosi per l’estrazione del concentrato .
Il concentrato, come detto, è ricco di elementi fertilizzanti rappresentati dalle sostanze idrosolubili ( Fe,K,P,N ecc ) contenute nella biomassa trattata e può essere utilizzato dall'industria per la produzione di fertilizzanti organici.

Testo e foto tratti da Ingelia Italia

Hanno inoltre riportato la notizia:
venetoeconomia.it
iltirreno.gelocal.it
seitoscana.it
corriere.it
repubblica.it
libero.it
dailygreen.it