Cattura della CO2 presso la Piattaforma Sperimentale Z.E.CO.MIX

Primi test relativi alla messa a punto di una tecnologia di cattura della CO2 ad alta temperatura basata sull’uso di sorbenti solidi

Una delle sfide in campo energetico è quella di conciliare il rispetto dei limiti di emissione di CO2 e l’aumento previsto dell’uso di combustibili fossili (metano, carbone) per la produzione di energia elettrica. La separazione della CO2 ad alta temperatura attraverso sorbenti solidi a base di CaO (calcium looping) risponde sia alle esigenze di una tecnologia a basso impatto ambientale sia alla necessità di rendimenti di conversione energetica più alti possibili. Inoltre, il basso costo e l’alta disponibilità del materiale sorbente (ad esempio dolomite, calcite) unita alla possibilità di integrare il ‘calcium looping’ in industrie energivore come quella del cemento, ha reso la separazione della CO2 ad alta temperatura, tra le tecnologie CCS, quella più economicamente sostenibile.

Presso il Laboratorio Processi per la Combustione Sostenibile dell’Unità Tecnica Tecnologie Avanzate per l’Energia e l’Industria, è in corso la progressiva messa in servizio della piattaforma sperimentale ZECOMIX, un complesso impianto realizzato, con finanziamento MiSE nell’ambito della “Ricerca di Sistema Elettrico”, per testare, su scala significativa, la tecnologia del ‘calcium looping’ per la cattura della CO2 e produzione di idrogeno. La piattaforma sperimentale rappresenta un importante strumento per valutare in maniera quantitativa un complesso mix di diversi processi, che vanno dalla gassificazione del carbone in un letto fluido bollente, alla pulizia del syngas prodotto, alla cattura della CO2, alla combustione del syngas ricco di idrogeno in una micro-turbina a gas, la cui integrazione rappresenta il fattore chiave delle elevate prestazioni energetiche del ciclo.

La piattaforma è concepita come più sezioni sperimentali indipendenti tra di loro, ciascuna in grado di studiare un singolo aspetto del processo globale, o strutturabili come ciclo integrato. Grazie a questa flessibilità nei giorni del 13 e 14 giugno sono stati effettuati, nel reattore di decarbonizzazione di ZECOMIX, i primi test di cattura della CO2 su dolomite ([Ca, Mg] CO3). La prima parte della campagna di sperimentazione è stata focalizzata all’ottimizzazione del processo di riscaldamento e soprattutto di calcinazione del materiale naturale, indispensabile per decomporre i carbonati di calcio e magnesio nei rispettivi ossidi e iniziare in tal modo il processo di cattura della CO2. La temperatura è stata, quindi, diminuita, in corrente di N2, fino ad un valore di 650 °C-700 °C, preparando in tal modo il letto alla cattura. Nel processo l’ossido di calcio rappresenta la fase attiva del sorbente reagendo con la CO2 per formare CaCO3 mentre l’ossido di magnesio agisce da supporto inerte consentendo alla CO2 di raggiungere, attraverso i pori della particella, la parte interna della stessa. La concentrazione della CO2 in ingresso al letto di sorbente è stata scelta in maniera tale da avere un contenuto di anidride carbonica che si avvicini il più possibile a quella misurata in un gas sintetico da carbone sottoposto ad un primo stadio di concentrazione della CO2 (CO-shift). La concentrazione di anidride carbonica misurata in uscita dal reattore ha messo in luce un abbattimento medio del 75%, con ampi margini di miglioramento.

È importante sottolineare che la tecnologia, sperimentata su scala significativa in relazione al processo di separazione della CO2 da un syngas prodotto da gassificazione di carbone (sistema di cattura “pre-combustion”), può anche essere applicata al processo di cattura su fumi di combustione (modalità “post-combustion”), estendendo significativamente il campo dei settori applicativi potenzialmente interessati.

È anche in via di sviluppo un sorbente sintetico a base di ossido di calcio altamente stabile, che ha mostrato un buon grado di rigenerabilità fino a oltre 500 cicli di cattura/rigenerazione.

La figura seguente mostra la riproducibilità dei risultati sperimentali relativi all’andamento della capacità sorbente di due campioni del materiale sintetizzato, sottoposto a 150 cicli di assorbimento CO2 a 600 °C in laboratorio. Obiettivo a breve termine è quello di raggiungere i 1000 cicli di separazione/rigenerazione conservando buone prestazioni di cattura .

Andamento della capacità sorbente del materiale sintetico al variare del numero di cicli di separazione/rigenerazione

 

Per maggiori informazioni: stefano.stendardo@enea.it