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Tecnologie di separazione della CO2

In termini del tutto generali, le tecnologie di separazione della CO2 sono classificate (in modo un po’ generico e certamente non esaustivo) sulla base della configurazione di massima dell’impianto a cui sono destinate o nelle quali sono integrate. Ad esempio, per applicazioni alle centrali termoelettriche convenzionali si parla di separazione post-combustione, in quanto la CO2 si separa dai fumi prodotti dalla combustione. Invece, nel caso delle applicazioni agli impianti di gassificazione si parla invece di separazione pre-combustione, poiché la CO2 viene separata dal gas di sintesi prima che questo venga inviato al sistema di combustione e generazione elettrica (generalmente, per le applicazioni di grossa taglia, costituito da un ciclo combinato). Infine, negli impianti in cui la combustione è operata con ossigeno quasi puro, i prodotti di combustione son composti quasi esclusivamente da CO2 e acqua, quest’ultima separabile per condensazione: in questo caso si parla di ossi-combustione.

Il processo di separazione della CO2, a prescindere dall’approccio adottato (pre-, post- o ossi-combustione) è fortemente condizionato dalle caratteristiche del combustibile primario e dal processo di conversione al quale è soggetto. In questo senso è stata condotta, presso i laboratori Sotacarbo, un’analisi sperimentale di caratterizzazione di alcune tipologie combustibili (inizialmente carboni e successivamente biomasse) per valutarne i comportamenti cinetici in fase di combustione, ossi-combustione e pirolisi.

Laboratorio per analisi termica e caratterizzazione combustibili

Con riferimento alle applicazioni di tipo post-combustione sono stati condotti studi sui processi di separazione della CO2 con sistemi avanzati a membrana. Tale ricerca ha portato alla realizzazione, presso i laboratori del Centro Ricerche Sotacarbo, di un impianto da banco per lo sviluppo sperimentale delle membrane.

Permeometro per separazione CO2 con membrane e particolare della cella

Le tecnologie maggiormente diffuse a livello impiantistico per l’assorbimento chimico dell’anidride carbonica dai fumi (separazione post-combustione) sono quelle a base di ammine ed in particolare monoetanolammina (MEA). Ma tali sistemi, specie quando sono integrati nei processi industriali delle centrali termoelettriche, richiedono un elevato dispendio energetico per la rigenerazione dei solventi. L’attività sperimentale condotta da Sotacarbo in questo senso riguarda sia lo studio dell’assorbimento dell’anidride carbonica con MEA tramite l’utilizzo di catalizzatori per minimizzare il carico energetico nella fase di rigenerazione del solvente esausto, sia la ricerca sulle prestazioni di solventi non convenzionali, alternativi alle ammine, come ad esempio le soluzioni acquose di sali di aminoacidi. La prima attività viene condotta presso l’impianto di assorbimento/rigenerazione della piattaforma pilota, la seconda tramite l’utilizzo dell’impianto da banco GAIA.



Impianto assorbimento/rigenerazione e colonna a riempimento dell’impianto GAIA

Le attività condotte nell’ambito del progetto CEEP riguardanti la separazione o cattura dell’anidride carbonica possono essere distinte in:
1. Separazione della CO2 con membrane
2. Assorbimento della CO2 con solventi a base di sali di amminoacidi
3. Rigenerazione catalitica dei solventi per l’assorbimento della CO2
4. Caratterizzazione sorbenti per l’adsorbimento della CO2
5. Analisi termica e cinetica dei combustibili

PRODUZIONE SCIENTIFICA

Sono di seguito riportati gli articoli pubblicati su riviste scientifiche internazionali prodotti grazie alle attività di ricerca della presente linea:

Luca Olivieri, Silvia Meneguzzo, Simone Ligi, Andrea Saccani, Loris Giorgini, Alessandro Orsini, Alberto Pettinau, Maria Grazia De Angelis. Reducing ageing of thin PTMSP films by incorporating graphene and graphene oxide: effect of thickness, gas type and temperature. Journal of Membrane Science 2018;555:258-267.

Javier Fermoso, T. Corbet, Francesca Ferrara, Alberto Pettinau, Enrico Maggio, Aimaro Sanna. Synergistic effects during the co-pyrolysis and co-gasification of high volatile bituminous coal with microalgae. Energy Conversion and Management 2018;164:299-409.

Antonio Conversano, Andrea Porcu, Mauro Mureddu, Alberto Pettinau, Manuele Gatti. Bench-scale experimental tests and data analysis on CO2 capture with potassium prolinate solutions for combined cycle decarbonization. International Journal of Greenhouse Gas Control 2020;93:102881.

Fereshteh Hojatisaeidi, Mauro Mureddu, Federica Dessì, Geraldine Durand, Basudeb Saha. Metal‐free modified boron nitride for enhanced CO2 capture. Energies 2020;13:549.

Francesco M. Benedetti, Maria Grazia De Angelis, Micaela Degli Esposti, Paola Fabbri, Alice Masili, Alessandro Orsini, Alberto Pettinau. Enhancing the separation performance of glassy PPO with the addition of a molecular sieve (ZIF-8): gas transport at various temperatures. Membranes 2020;10:56.

Muhammad Azam Saeed, Muhammad Farooq, Aneela Anwar, Muhammad Mujtaba Abbas, Manzoore Elahi M. Soudagar, Farrukh A. Siddiqui, Muhammad Ali Shakir, Abdul-Sattar Nizami, Ijaz Ahmad Chaudhry, Alberto Pettinau, Gordon E. Andrews, Herodotos N. Phylaktou. Flame propagation and burning characteristics of pulverized biomass for sustainable biofuel. Biomass Conversion and Biorefinery 2020; https://soi.org/10.1007/s13399-020-00875-y.

Federica Dessì, Mauro Mureddu, Francesca Ferrara, Javier Fermoso, Alessandro Orsini, Aimaro Sanna, Alberto Pettinau. Thermogravimetric characterisation and kinetic analysis of Nannochloropsis sp. and Tetraselmis sp. microalgae for pyrolysis, combustion and oxy-combustion. Energy 2021;217:119394.