Lavaggio aminico: le perdite di metano più basse, ma calore necessario per la rigenerazione

Il lavaggio aminico è un processo di assorbimento chimico: il CO₂ presente nel biogas reagisce in colonna con una soluzione acquosa di ammine, mentre il solvente saturo di CO₂ viene riscaldato in una colonna di rigenerazione, dove rilascia l'anidride carbonica. Poiché la reazione è altamente selettiva verso il CO₂, il metano non viene praticamente assorbito – le perdite sono solitamente inferiori a circa 0,1–0,2%. Il prezzo da pagare è il calore: la rigenerazione richiede temperature nell'ordine di 110–140°C.

Svolgimento del processo

1. Pretrattamento – in particolare desolforazione. L'H₂S in eccesso degrada il solvente o contamina il flusso di CO₂.
2. Assorbimento – il biogas a pressione prossima a quella atmosferica (o con una leggera sovrappressione) entra dal basso della colonna, mentre la soluzione di ammine scorre dall'alto. Il CO₂ reagisce con l'ammina, formando composti (ad esempio carbammati e bicarbonati).
3. Scambio termico – il solvente ricco viene riscaldato in uno scambiatore di calore con il calore del solvente di ritorno dal rigeneratore, riducendo il fabbisogno termico.
4. Rigenerazione – nella colonna di strippaggio, il solvente viene riscaldato con vapore o acqua calda; il CO₂ rilasciato esce dall'impianto in un flusso ad alta purezza (>99% dopo l'essiccazione).
5. Circolazione – il solvente purificato viene raffreddato e ritorna all'assorbimento.

Il biometano esce a bassa pressione, quindi prima dell'immissione in rete viene ulteriormente compresso ed essiccato.

Energia: il calore domina

Il fabbisogno di energia elettrica è ridotto (ventilatori, pompe, compressione del gas dopo il lavaggio), mentre il fabbisogno di calore è significativo. La letteratura riporta valori nell'ordine di 0,5–0,8 kWh di calore per m³ di biogas, a seconda del solvente, della concentrazione di CO₂ e del grado di recupero del calore. Il valore economico dipende dalla fonte locale: il calore di scarto da un motore CHP, una caldaia a biomassa o uno stabilimento industriale può essere economico, mentre il riscaldamento a gas può risultare costoso e peggiorare il bilancio delle emissioni.

CO₂ puro

Il gas di scarico dal rigeneratore è CO₂ biogenico quasi puro. Dopo un ulteriore trattamento (essiccazione, rimozione degli odori) può essere venduto all'industria (bevande, alimentare, serre, produzione di e-fuel) o liquefatto. Questo rappresenta un particolare vantaggio delle ammine rispetto alle tecnologie in cui il gas di scarico contiene impurità e metano.

Svantaggi e rischi

• Degradazione del solvente a causa dell'ossigeno, delle alte temperature e delle impurità; è necessario il reintegro e lo smaltimento delle ammine esauste.
• Sicurezza – le ammine possono essere irritanti e richiedono adeguate procedure di stoccaggio e manipolazione.
• Schiuma e corrosione – le impurità (oli, particelle) causano schiuma nelle colonne.
• Minore flessibilità in caso di carico variabile rispetto alle membrane; tempi di avviamento più lunghi.
• Infrastruttura termica – colonna di rigenerazione, scambiatori, fonte di calore.

Esempio di calcolo

Ipotesi: 1000 m³/h di biogas, 52% CH₄, fabbisogno di calore 0,6 kWh/m³ di biogas, 8000 h/anno, calore di scarto a 40 zł/MWh, calore da caldaia a gas a 250 zł/MWh (entrambe le tariffe ipotizzate). Calore: 1000 × 0,6 × 8000 = 4800 MWh/anno. Costo del calore di scarto: circa 192.000 zł; da caldaia a gas: circa 1,2 milioni di zł. Il guadagno derivante dalla minore perdita di metano (0,1% invece di 1%) con 520 m³/h di CH₄ è 520 × 0,009 × 8000 ≈ 37.000 m³ di CH₄ ≈ 374 MWh, ovvero, a 200 zł/MWh, circa 75.000 zł all'anno. Conclusione: il risparmio di metano raramente copre il costo del calore acquistato da combustibile, ma inizia a essere rilevante con calore di scarto e vendita di CO₂ di valore.

Quando considerare il lavaggio aminico

• Quando è disponibile calore economico e a basse emissioni.
• Quando il CO₂ deve essere venduto o valorizzato (CCU), quindi conta la purezza.
• Quando è richiesta una perdita di metano molto bassa, ad esempio per il bilancio GHG o requisiti ambientali.

Integrazione del calore con l'impianto di biogas

In un tipico impianto di biogas con cogenerazione, parte del calore viene utilizzata per riscaldare le camere di digestione anaerobica, mentre l'eccedenza spesso non viene sfruttata. Con il passaggio al biometano, il motore CHP solitamente cessa di funzionare, quindi scompare la precedente fonte di calore. Pertanto, nel progetto è necessario calcolare il bilancio termico complessivo: calore per la digestione anaerobica, calore per la rigenerazione delle ammine ed eventualmente calore da una caldaia a biogas o biomassa. Se il calore per il lavaggio proviene da una caldaia a biogas grezzo, viene bruciato metano che potrebbe essere venduto, riducendo il volume di vendita e influenzando il bilancio delle emissioni. Per questo motivo, una delle decisioni chiave è la scelta della fonte di calore: caldaia a biomassa, pompa di calore o calore di scarto da uno stabilimento vicino.

Sintesi

Il lavaggio aminico è una tecnologia adatta a progetti in cui il valore è dato dal CO₂ puro e dalla minima perdita di metano, e il calore è disponibile a un prezzo ragionevole. Nel bilancio dei costi conta l'energia termica, non solo l'elettricità.