Gas di sintesi e gas di legna
Che cos'è il gas di sintesi?
Gas di sintesi (syngas) è una miscela di gas combustibile composta principalmente da idrogeno (H₂) e monossido di carbonio (CO). Può anche contenere quantità variabili di anidride carbonica (CO₂), metano (CH₄), azoto (N₂) e altri gas, a seconda del metodo di produzione.
I gas di sintesi sono prodotti dalla conversione termica di materiali carboniosi come il carbone, la biomassa o i rifiuti plastici in un ambiente a basso contenuto di ossigeno o con un basso effetto ossidante: Carbone, biomassa o rifiuti plastici in un ambiente a basso contenuto di ossigeno o in un ambiente a basso effetto ossidante.
I processi comuni per la produzione di gas di sintesi sono la gassificazione classica (ad esempio del carbone o della biomassa) o il reforming del gas naturale (con vapore, ossigeno o CO₂).
I gas di sintesi vengono utilizzati per la produzione di prodotti chimici come il metanolo, l’ammoniaca, i carburanti Fischer-Tropsch (carburanti sintetici), la generazione di elettricità e calore o come materia prima per la produzione di idrogeno.
Il gas di legna è un gas di sintesi
Gas di legna è un gas di sintesi speciale che si ottiene dalla gassificazione del legno o di altre biomasse legnose. Si tratta di una miscela di gas combustibile che ha svolto un ruolo in tempi storici di emergenza (ad esempio, nei veicoli alimentati a gas di legna durante la Seconda Guerra Mondiale) e che ora sta assumendo un ruolo rilevante nel corso della transizione energetica/energie rinnovabili e del livello di sviluppo tecnico che è stato raggiunto.
Il gas di legna è una miscela di gas combustibile prodotta dalla gassificazione termochimica del legno in assenza di ossigeno. È composto principalmente da monossido di carbonio (CO), idrogeno (H₂), metano (CH₄), azoto (N₂) e anidride carbonica (CO₂).
Il gas di legno viene prodotto in un gassificatore di legno a temperature di circa 800-1.400 °C. La gassificazione del legno avviene in assenza controllata di ossigeno (pirolisi, ossidazione e riduzione). Il gas di legno ha specifiche proprietà fisiche, chimiche ed energetiche che lo rendono adatto a determinate applicazioni (ad esempio, generazione di elettricità, generazione di calore, produzione di materie prime chimiche).
Immagine: Bundesarchiv Bild 183-V00670A, Berlino 1946, Auto con motore a gas di legno.
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Estrazione di gas di legna
Il gas di legno viene prodotto dalla gassificazione del legno, un processo termochimico in cui il legno viene convertito in una miscela di gas combustibile ad alte temperature con un apporto limitato di ossigeno. Questa miscela di gas è composta principalmente da monossido di carbonio (CO), idrogeno (H₂) e metano (CH₄), oltre ad anidride carbonica (CO₂) e azoto (N₂). A seconda del processo di produzione, il gas di legna contiene piccole o medie quantità di sostanze catramose allo stato gassoso.
Il processo si svolge in diverse fasi:
Riempimento del gassificatore: la legna sotto forma di trucioli o pellet viene riempita nel gassificatore dall’alto.
Essiccazione (100-150 °C): Il legno viene prima essiccato utilizzando il calore residuo della parte inferiore del reattore. In questo modo si vaporizza l’acqua contenuta. Ciò è necessario affinché il processo di gassificazione vero e proprio possa funzionare in modo efficiente.
Pirolisi (200-500 °C): Il legno essiccato si decompone sotto il calore in componenti solidi (carbone), gas e sostanze organiche volatili (catrami e oli). Prodotti: Gas di sintesi, catrame, carbone di legna
Ossidazione (800-1400 °C): Un apporto controllato di aria (o ossigeno) viene utilizzato per bruciare alcuni dei prodotti della pirolisi. Il calore risultante stimola le reazioni di pirolisi e riduzione. Reazioni:
- C + O₂ → CO₂ H₂ + ½ O₂ → H₂O
riduzione (800-1000 °C): Nella zona calda, il carbone rimanente reagisce con CO₂ e H₂O, tra gli altri, per formare gas di legna combustibile. Reazioni:
- C + CO₂ → 2CO
- C + H₂O → CO + H₂
- C + 2 H₂O → CO₂ + 2 H₂
Purificazione e utilizzo del gas: il gas di legna caldo viene scaricato dal reattore e purificato in sistemi di filtraggio (vengono rimossi catrame, polvere ed eventuali condensati) e poi utilizzato per generare elettricità in un’unità CHP, ad esempio.
Quali tipi di gassificatori di legna esistono?
Carburatore a letto fisso (carburatore a controcorrente)
Compatto, molto efficiente, ma spesso con un elevato contenuto di catrame nel gas di legna.
Carburatore a letto fisso (carburatore a corrente continua)
Compatto, efficiente, ottimo per impianti di piccole e medie dimensioni, basso contenuto di catrame nel gas di legna.
Gassificatore a letto fluido
Miscelazione più elevata, adatta a sistemi più grandi, minore contenuto di catrame nel gas di legna.
carburatore a flusso aspirato
Temperature elevate, reazioni rapide, soprattutto per le applicazioni industriali.
Applicazioni del gas di legna
Generazione di calore
Può essere utilizzato direttamente in un bruciatore o in una caldaia. Utilizzo in reti di riscaldamento locali, sistemi di essiccazione, serre, ecc. Estremamente facile da usare, in quanto non richiede una lunga pulizia del gas.
Generazione di energia
Il gas di legna aziona un motore a gas o una turbina a gas per generare elettricità verde. Un ulteriore utilizzo del calore è possibile negli impianti di cogenerazione (CHP). Tasso di utilizzo complessivo per la generazione combinata di calore ed energia: >80 %. Ideale per l’approvvigionamento energetico decentralizzato, ad esempio nei comuni, nel commercio e nell’industria.
Calore di processo industriale
Utilizzo nei processi ad alta temperatura (ad esempio, lavorazione dei metalli, produzione di ceramica, essiccazione) e come sostituto dei combustibili fossili in alcuni impianti industriali.
Propulsione del veicolo (storica e sperimentale)
In passato (ad esempio durante la Seconda Guerra Mondiale), erano in uso le cosiddette auto a gas di legna. Oggi sono più di interesse storico o sperimentale, le applicazioni sono complesse e difficili da regolare.
Elaborazione chimica (sintesi)
Il gas di legna contiene CO e H₂ e può essere utilizzato come gas di sintesiper la produzione di metanolo, ammoniaca, carburanti Fischer-Tropsch (diesel sintetico, paraffina).
Gas naturale sintetico (SNG)
Pioniere della bioeconomia e della chimica verde. https://www.ecoloop.eu/anwendungen/
I vantaggi del gas di legna sono molteplici
- Rinnovabile e rispettoso del clima
Il legno è una materia prima rinnovabile. Se gestito in modo sostenibile, il gas di legno è quasi neutro dal punto di vista della CO₂, in quanto la CO₂ viene legata durante la crescita del legno.
- Utilizzo dei materiali residui
Anche gli scarti di legno (frazioni residue della silvicoltura, scarti di segheria, ecc.), la corteccia e altri residui biogenici possono essere gassificati – evitando così gli sprechi e creando un valore aggiunto regionale.
- Uso versatile
Il gas di legna può essere utilizzato per l’elettricità, il calore o il combustibile. In particolare in modo efficiente tramite energiacalore–accoppiamento (CHP).
- Fornitura di energia decentralizzata
Ideale per le regioni con molte foreste o legno residuo – consente l’indipendenza regionale dai combustibili fossili.
- Tecnicamente provato
I gassificatori di legna e le unità di cogenerazione a gas di legna sono tecnologie collaudate e disponibili su scala industriale.
- Contributo alla transizione energetica
Come parte di un mix bioenergetico, il gas di legna può sostituire i combustibili fossili nelle aree rurali.
Limiti all'uso del gas di legna
- Basso contenuto energetico
Il gas di legna contiene molto azoto e CO₂che abbassano il potere calorifico al di sotto di quello del gas naturale (circa 4-6 MJ/m³).
Contributo alla soluzione VEE:
Sistemi tecnologicamente avanzati, conformi agli standard industriali e ad alta efficienza.
- Sostanze e condensati di catrame
Il gas di legna grezzo contiene catramesostanze e polvere, che deve essere accuratamente filtrata. Così che Motori o turbine non danneggiatiessere danneggiati, è necessaria una è necessaria una pulizia del gas.
Contributo alla soluzione VEE:
Le temperature elevate nel generatore di gas e nei sistemi di filtraggio impediscono la formazione di catrame e condensati all’interno del processo.
- Rischi per la sicurezza dovuti a sostanze tossiche
Il gas di legna contiene monossido di carbonio (CO), altamente tossico e inodore. Sono necessarie rigorose precauzioni di sicurezza, soprattutto negli spazi chiusi.
Contributo alla soluzione VEE:
Monitoraggio integrato del CO nei locali di installazione, sistemi di tenuta di alta qualità e durata per evitare perdite di gas, pianificazione, progettazione e funzionamento standardizzati in conformità alle normative DIN, ÖNORM e di sicurezza applicabili.
- Qualità del gas fluttuante
La composizione del gas di legna varia a seconda del tipo di legno, dell’umidità e delle condizioni operative. Il Complesso di regolazione e controllo.
Contributo alla soluzione VEE:
Soluzione completa nella costruzione e nel controllo dell’impianto, dall’essiccazione del cippato allo scarico dei residui, i processi sono monitorati con sensori e gli impianti sono regolati.
- Rischio di investimento
Ile efficienza economica dei sistemi a gas di legna dipende tra le altre cose dalle sovvenzioni, dal prezzo del legno, dalle emissioni di CO₂-prezzo del certificato e dal reddito derivante dalla vendita di calore ed elettricità (tariffa feed-in o risparmio attraverso l’uso proprio). da.
Contributo alla soluzione VEE:
I sistemi a gas di legna VEE offrono un buon concetto economico complessivo, con una densità di potenza molto elevata, un ingombro ridotto e un’elevata disponibilità del sistema (> 8.000 h/a).
Gas di legna in un ciclo chiuso di CO2
Il gas di legna è sostenibile
Materia prima rinnovabile
Il legno è rinnovabile, a condizione che provenga da foreste gestite in modo sostenibile. L’utilizzo di legno di alta qualità per generare energia (anziché come legname da costruzione, ecc.) non ha senso dal punto di vista ecologico ed economico.
Se il legno di scarto delle segherie e le frazioni di scarto della silvicoltura vengono utilizzate in modo responsabile, ad esempio, il ciclo della CO₂ rimane chiuso: La CO₂ prodotta durante la combustione era precedentemente legata all’albero. Anche le foreste che sono state danneggiate, ad esempio dai coleotteri della corteccia, possono essere utilizzate bene.
Alta efficienza nella generazione combinata di calore ed energia (CHP)
Il gas di legna viene convertito contemporaneamente in elettricità e calore negli impianti di cogenerazione (CHP). Con una buona tecnologia dell’impianto, è possibile raggiungere un tasso di utilizzo complessivo superiore all’80 %.
Sono possibili cicli regionali
Gli impianti a gas di legna possono essere gestiti in modo decentralizzato, il che riduce le emissioni di trasporto e rafforza l’economia e la resilienza regionale.
Utilizzo di legno residuo e di scarto
La tecnologia di gassificazione può utilizzare il legno non segabile, come i residui forestali o i trucioli di legno, per la generazione di energia, ossia può riciclare i rifiuti biogenici invece di smaltirli.
Il cambiamento climatico sta causando un numero significativamente maggiore di danni al legno (tempeste, scolitidi, malattie e infestazioni fungine, ecc.) in molte regioni rispetto ai decenni precedenti. L’utilizzo per il gas di legna ha un bilancio ambientale molto migliore rispetto al caso in cui il legno danneggiato marcisca, rilasciando CO₂ inutilizzata nell’atmosfera.