Prima dell’utilizzo a fini energetici negli impianti di cogenerazione il biogas deve essere sottoposto ad opportuna depurazione. Infatti la presenza di azoto, anidride carbonica ed acqua provoca l’abbassamento del potere calorifico della miscela gassosa, mentre sostanze come l’idrogeno solforato ed i composti organici alogenati, che possono essere presenti nel biogas, si comportano da agenti corrosivi, causando danni agli impianti ausiliari e al motore endotermico.

La scelta dei trattamenti più opportuni dipende sia dalle caratteristiche del biogas che dalle modalità di utilizzo previste.
Questi trattamenti sono finalizzati a ottenere un sensibile abbassamento dei costi di conduzione e manutenzione degli impianti, un funzionamento ottimale unito a maggiore affidabilità. Inoltre viene garantito il rispetto dei limiti di emissione imposti dalla legge.

Deumidificazione

Il trattamento di deumidificazione è necessario in quanto l’umidità di cui il biogas è saturo, condensando all’interno delle tubazioni, in seguito a variazioni di temperatura e/o pressione può provocare malfunzionamenti. Inoltre la stessa umidità diminuisce il rendimento dei motori endotermici.
Esistono diversi sistemi di deumidificazione:

a) Trappole idrauliche o camere di sedimentazione, dove la diminuita velocità del gas per aumento della sezione causa la segregazione per gravità.
b) I cicloni ed i multicicloni dove l’acqua viene separata dalla forza centrifuga.
c) I frigoriferi in grado di raffreddare il gas da inviare ai motori.
In tal modo si separa dal biogas l’umidità che, condensa precipitando contemporaneamente sostanze nocive e corrosive presenti nel flusso gassoso stesso. E’ opportuno progettarele linee del biogas con opportune pendenze ed eventuali colli di deposito ed evacuazione della condensa al fine di evitarne l’accumulo in prossimità delle soffianti e dei motori.

Inutile dire che il sistema più efficiente risulta quello con sistema frigorifero.

Filtrazione
Si effettua con filtri a ghiaia o sabbia dove vengono trattenuti i solidi in sospensione (grassi, schiume, particolato) prima dell’aspirazione nelle soffianti di ricircolo o di alimentazione delle utenze.

Desolforazione
Quando i livelli di idrogeno solforato sono elevati è necessario prevedere dei sistemi di abbattimento integrativi, ad umido o a secco.

Per quanto riguarda i sistemi ad umido, questi possono essere assimilati alle torri di lavaggio (scrubber) normalmente utilizzate per la depurazione delle emissioni gassose. Tali sistemi devono essere installati prima della sezione di deumidificazione. Un primo sistema utilizza una reazione chimica, generalmente in condizioni di pressione e temperatura ambiente. Il trattamento consiste nel lavaggio con una soluzione basica, che neutralizza l’H2SO4, composto altamente corrosivo e quindi pericoloso per gli impianti di utilizzazione, formato dall’H2S. Una successiva fase di lavaggio acido permette di neutralizzare l’eccesso di base prima dello scarico della soluzione. Il principale vantaggio di questo sistema è la semplicità, ma il costo dei reattivi e del trattamento dell’acqua scaricata ne riduce l’impiego industriale.

Un altro sistema, poco diffuso, consiste nel lavaggio con acqua sotto pressione che mette in soluzione l’H2S insieme alla CO2. Tale miscela viene poi rilasciata in una successiva fase di stripping.

Il sistema di desolforazione a secco prevede un processo di trattamento di tipo chimico e consiste nel far passare il biogas attraverso una sostanza adsorbente. Una prima opzione consiste in un sistema che utilizza un adsorbente contenente ossidi di ferro in grado di interagire con l’acido solfidrico e captarlo in modo da separarlo dal biogas. Un’altra opzione prevede l’utilizzo del carbone attivo.

Il volume della massa desolforante dipende dai seguenti parametri:
– concentrazione dell’H2S nei gas da trattare
– pressione e temperatura (normalmente condizioni ambiente)
– velocità di attraversamento del gas nella massa adsorbente
– tempo di contatto massa – gas
– ciclo di sostituzione dell’adsorbente.

I due sistemi si differenziano in quanto la rigenerazione dell’ossido di ferro è più facile rispetto a quella del carbone attivo. Infatti, l’ossido di ferro si riforma dalla reazione con l’aria e con l’acqua in cui si libera lo zolfo solido che viene trascinato via. Una semplice filtrazione permette la sua eliminazione.  La sostituzione della massa di ossido di ferro si deve effettuare solo dopo molti cicli di rigenerazione. Nel caso del carbone attivo, invece, la rigenerazione richiede l’utilizzo di solventi e, anche se viene condotta a regola d’arte, il carbone rigenerato perde parte della sua efficacia rispetto a quello di partenza, pertanto il costo della rigenerazione e la sostituzione frequente del carbone attivo rendono questa soluzione applicabile solo nei casi in cui si ha una concentrazione molto ridotta in H2S.

Un terzo sistema consiste nell’utilizzo di un biofiltro nel quale risiedono numerose specie di microrganismi in grado di degradare i composti solforati, in questo caso, la depurazione del gas dipende principalmente da porosità, temperatura, pH, umidità e dalla concentrazione di H2S nella fase gassosa e per attivare questi batteri conviene immettere circa il 5% di aria nel gestore.

Processi di rimozione della CO2
In alcuni casi può essere utile effettuare anche dei trattamenti per la rimozione o riduzione del contenuto di CO2, finalizzati ad aumentare il tenore in metano del biogas.
I processi più utilizzati, che devono essere installati solo dopo la rimozione dell’H2S, sono:
– assorbimento della CO2 in acqua con successivo strippaggio ed emissione in atmosfera (il più semplice e meno costoso a parte il costo di compressione);
– impiego di membrane semipermeabili, in grado di lasciare passare la CO2 e di trattenere il CH4.

Sistemi di analisi/controllo/condizionamento del biogas
Risulta necessario analizzare regolarmente il biogas prodotto in alimentazione al sistema energetico. Il sistema di movimentazione del gas prevede, quindi, rubinetti di campionamento e sistemi di analisi con cadenza regolare o meno in funzione delle criticità presenti. Un sistema di controllo gestirà il campionamento sfruttando i risultati delle analisi per un eventuale condizionamento del biogas. Può essere necessario utilizzare per brevi periodi un’alimentazione ausiliaria di metano in grado di far fronte ad eventuali riduzioni del tenore di quest’ultimo, come può succedere durante l’attivazione del processo)