Ghiaccio secco da CO₂ biogenico: come si produce e quando è conveniente

Il ghiaccio secco da CO₂ biogenico si ottiene separando l'anidride carbonica dal biogas in un impianto di upgrading, purificandola, liquefacendola e decomprimendola fino a ottenere una "neve", che successivamente viene pressata in granuli o blocchi. Dal punto di vista chimico, non differisce dal ghiaccio secco proveniente da altre fonti; la differenza risiede nell'origine del carbonio, che proviene dalla biomassa anziché dai combustibili fossili. Questo aspetto è rilevante per il bilancio climatico, ma non modifica i requisiti tecnologici e qualitativi.

Da dove proviene il CO₂

Il biogas contiene solitamente alcune decine percentuali di CO₂, che viene rimosso durante l'upgrading per ottenere il biometano. Il flusso di CO₂ in uscita dall'impianto può essere puro o contaminato da residui di metano, aria, umidità e composti dello zolfo, a seconda della tecnologia utilizzata (vedi Upgrading: confronto tra tecnologie). Lo sfruttamento del CO₂ è descritto nel testo CO₂ biogenico dagli impianti di biometano.

Come si produce il ghiaccio secco

1. Purificazione. Rimozione di acqua, composti dello zolfo, composti organici volatili, residui di metano e altri contaminanti, in base all'uso previsto del prodotto.
2. Liquefazione. Il CO₂ viene liquefatto a pressione elevata e a bassa temperatura (il punto triplo del CO₂ è circa 5,18 bar e −56,6 °C, quindi il liquido esiste solo al di sopra di questa pressione).
3. Decompressione. Il CO₂ liquido viene decompresso alla pressione atmosferica, con la conseguenza che una parte si trasforma in gas e un'altra in neve fine. Il gas prodotto durante la decompressione può essere reimmesso nel sistema.
4. Pressatura. La neve viene pressata in granuli (pellet) o blocchi. I parametri di pressatura influenzano la densità e la velocità di sublimazione.

Requisiti qualitativi

Il ghiaccio secco utilizzato a contatto con gli alimenti deve soddisfare i requisiti per il CO₂ come additivo alimentare (denominazione E 290 nel regolamento (CE) n. 1333/2008) e gli standard qualitativi applicati nel settore dei gas tecnici, come le linee guida EIGA. Per il prodotto tecnico (pulizia, raffreddamento nel trasporto), i requisiti sono meno stringenti. I requisiti per la classe alimentare del CO₂ sono elevati, quindi il flusso grezzo derivante dall'upgrading necessita solitamente di ulteriori operazioni di purificazione e di controlli di laboratorio. La qualità è definita dal fornitore dell'impianto e dal cliente; non si deve presumere che ogni flusso sia "adatto".

Applicazioni

• Raffreddamento e trasporto di prodotti alimentari e farmaceutici.
• Pulizia a getto (rimozione senza residui di contaminanti dalle superfici).
• Industria alimentare: raffreddamento, congelamento, miscelazione nei processi.
• Effetti visivi e gastronomia, nel rispetto delle norme di sicurezza per l'uso.

Convenienza economica

La redditività dipende dalla scala (quantità di CO₂ disponibile), dalla purezza del flusso, dalla distanza dal mercato e dai clienti, nonché dal costo della liquefazione e del raffreddamento. Il ghiaccio secco ha una durata limitata (sublima), quindi la logistica è impegnativa. In molti casi, è conveniente sfruttare il CO₂ in forma liquida, mentre il ghiaccio secco rappresenta una delle modalità per fornire il prodotto ai clienti senza serbatoi criogenici. Questo aspetto determina se l'investimento sia sensato e richiede un'analisi del mercato dei clienti.

Aspetto climatico

Il CO₂ proveniente dalla biomassa rientra nel ciclo breve del carbonio. Il ghiaccio secco, dopo la sublimazione, ritorna in atmosfera, quindi non costituisce uno stoccaggio permanente del carbonio. Il vantaggio risiede nella sostituzione del CO₂ di origine fossile laddove verrebbe utilizzato. Per la rimozione permanente del CO₂ si ricorre a soluzioni come il BECCS; vedi BECCS e stoccaggio del CO₂ biogenico. Le dichiarazioni ambientali devono basarsi su metodologie di bilancio, non sul semplice termine "bio".

Quanto ghiaccio secco si ottiene da un flusso di CO₂

Durante la decompressione del CO₂ liquido alla pressione atmosferica, solo una parte della massa si trasforma in neve solida, mentre il resto ritorna allo stato gassoso; questa proporzione dipende dalla pressione e dalla temperatura del liquido prima della decompressione e, in sistemi tipici, è inferiore alla metà. Un impianto ben progettato ricomprime e liquefa nuovamente il gas evaporato, riducendo così la perdita di CO₂. Per la pianificazione, è quindi necessario chiedere al fornitore la resa dell'intero ciclo, non solo la capacità della pressa. A ciò si aggiunge il consumo energetico per il raffreddamento, che nel bilancio dei costi rappresenta spesso la voce decisiva.

Domande da considerare prima di decidere

• Qual è la purezza del flusso di CO₂ derivante dalla tecnologia di upgrading in possesso e può essere migliorata?
• Quanti clienti si trovano a una distanza ragionevole e qual è la loro domanda annuale (stagionalità)?
• Il prodotto sarà destinato all'uso alimentare o tecnico, e quali analisi di qualità saranno richieste?
• Cosa accade al CO₂ nei periodi di bassa domanda?

Sicurezza

Il ghiaccio secco può causare ustioni da freddo e la sua sublimazione in ambienti chiusi sposta l'ossigeno. Nello stoccaggio e nel trasporto si utilizzano sistemi di ventilazione e imballaggi permeabili al gas (non si deve mai chiudere il ghiaccio secco in contenitori ermetici). Le norme di sicurezza per l'uso devono derivare dalle schede di sicurezza del fornitore e dalle procedure aziendali.