Gassificazione della biomassa per idrogeno e bio-SNG: fasi del processo, sfide e TRL reale

La gassificazione della biomassa è la trasformazione termochimica di materiale organico (legno, paglia, residui forestali e agricoli) in gas di sintesi con accesso limitato di ossidante, a una temperatura di norma da 700 a oltre 1000°C. Il gas di sintesi è costituito soprattutto da CO, H₂, CO₂ e CH₄ e può essere destinato alla produzione di idrogeno (dopo conversione del CO e depurazione), di metano sintetico (bio-SNG), di combustibili liquidi o di energia. La tecnologia è nota da decenni, ma la sua applicazione all’idrogeno da biomassa ha carattere dimostrativo: le principali barriere sono catrami, ceneri, scala, costi e affidabilità.

Fasi del processo

1. Preparazione della biomassa: essiccazione, triturazione, bricchettatura o pellettizzazione. L’umidità influisce sul rendimento.
2. Gassificazione: in un reattore a letto fisso, fluidizzato o a flusso trascinato; l’agente gassificante è aria, ossigeno, vapore acqueo o loro miscele.
3. Depurazione del gas: rimozione di catrami, polveri, alcali, composti dello zolfo e del cloro, ammoniaca.
4. Conversione del CO: CO + H₂O → CO₂ + H₂ aumenta la quota di idrogeno.
5. Separazione dell’idrogeno: PSA o membrane, rimozione della CO₂.
6. In alternativa – metanazione di CO e H₂ a CH₄ (bio-SNG), cioè biometano sintetico.

Tipi di reattori

La gassificazione con vapore acqueo in sistemi a due stadi (ad es. combustione e gassificazione separate) dà un gas con una quota maggiore di idrogeno e senza diluizione con azoto.

Resa di idrogeno

La resa teorica di idrogeno dalla biomassa dipende dalla composizione elementare e dal rendimento di conversione. In letteratura si riportano valori dell’ordine di alcune decine fino a oltre cento grammi di H₂ per chilogrammo di sostanza secca; nell’esempio seguente si assumono 100 g di H₂/kg di SS come ipotesi illustrativa. Da 1 tonnellata di biomassa secca si ottengono così 100 kg di H₂, e l’energia dell’idrogeno (LHV 33,3 kWh/kg) è di circa 3,3 MWh, mentre la biomassa con potere calorifico di 4,8 MWh/t di SS contiene 4,8 MWh – un rendimento energetico di circa il 69% (in condizioni ideali; in pratica inferiore, tenendo conto del consumo di energia propria). Per un impianto da 100 t di SS al giorno la produzione è di circa 10 t di H₂ al giorno. I numeri sono ipotesi.

Catrami e depurazione

I catrami (idrocarburi aromatici complessi) condensano a temperature più basse e ostruiscono tubazioni, scambiatori e motori. La loro rimozione avviene mediante cracking termico o catalitico, scrubber a olio o filtri. È uno degli elementi più costosi e difficili del sistema. Inoltre alcali e cloro provocano corrosione, mentre lo zolfo avvelena i catalizzatori negli stadi successivi.

Esempio dalla pratica: GoBiGas

A Göteborg (Svezia) ha operato l’impianto dimostrativo GoBiGas, che produceva bio-SNG da residui forestali con una potenza dell’ordine di 20 MW nel gas. Il primo stadio ha funzionato negli anni 2014–2018, dopodiché il progetto è stato chiuso soprattutto per ragioni economiche (prezzo basso del gas, costi elevati e assenza di meccanismi di sostegno su scala commerciale). L’esempio mostra che una produzione tecnicamente possibile da biomassa può non bastare a garantire la redditività.

Idrogeno da gassificazione e RED

L’idrogeno ottenuto da biomassa è soggetto alle norme sui combustibili da biomassa, compresi i criteri di sostenibilità (materie prime, riduzione delle emissioni di GHG). Se la biomassa è costituita da residui, l’impronta di carbonio può essere bassa e, con cattura e stoccaggio della CO₂ (BECCS), negativa. Per questo motivo la gassificazione è considerata una tecnologia di rimozione della CO₂, ma i costi e la regolamentazione richiedono ulteriori lavori.

Maturità tecnologica

La gassificazione per la produzione di energia elettrica e calore è applicata a molte scale (cogenerazione). La gassificazione per combustibili (idrogeno, SNG, combustibili liquidi) si trova a livello di dimostrazione e dei primi impianti, e la sua diffusione commerciale dipende dai prezzi dei combustibili, dalle politiche di sostegno e dalla disponibilità di biomassa. L’idrogeno da biomassa su scala industriale rimane un progetto di lungo periodo.

Biomassa e concorrenza tra gli usi

I residui agricoli e forestali hanno molti usi: fertilizzazione del suolo, mangimi, energia, digestione anaerobica. Nel valutare la gassificazione occorre stimare la disponibilità della materia prima entro il raggio di approvvigionamento e la concorrenza con altri utilizzatori. Anche la paglia in Polonia è una risorsa limitata a causa della necessità di mantenere la sostanza organica del suolo.

Conclusioni

La gassificazione della biomassa è una potenziale via verso l’idrogeno e il bio-SNG, ma oggi è una tecnologia dimostrativa, dipendente dal sostegno e dalla scala. Rispetto alla digestione anaerobica presenta requisiti più elevati per la depurazione del gas e un rischio tecnico maggiore.