Efficienza conabbattimento del gas. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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La produzione di gas da una discarica può fornire elettricità a più di 200mila appartamenti e diventare una nuova fonte inesauribile di energia. Qual è il problema del gas di discarica e perché i re della spazzatura non hanno fretta di estrarlo dalle discariche?

Dalla storia della produzione

Rifiuti domestici ha iniziato ad essere utilizzato come fonte di energia relativamente di recente. La prima discarica sperimentale che utilizzava speciali strutture ingegneristiche fu aperta in California nel 1937. La ricerca e l’uso del gas di discarica negli Stati Uniti si sono intensificati dopo l’approvazione del Solid Waste Disposal Act nel 1965. Il lavoro sull’utilizzo del gas di discarica ha subito un’accelerazione durante la crisi petrolifera degli anni ’1970. Dal 1980, il governo degli Stati Uniti ha iniziato a fornire incentivi fiscali ai produttori di gas di discarica. Già nel 1985 negli Stati Uniti operavano più di 30 impianti che utilizzavano il biogas prodotto nelle discariche di rifiuti.

Attualmente, gli Stati Uniti sono il leader mondiale nella produzione di gas di discarica. Delle 1812 discariche, 427 hanno progetti di generazione di gas in funzione. La maggior parte di essi è concentrata nel Midwest e in California. Il numero di progetti per generare gas dalle discariche americane non è correlato al numero di tutte le discariche del paese. La regione meridionale, leader nel numero di discariche, è in ritardo tra i progetti sul gas. La regione che apre la strada è il Midwest, la spina dorsale dell’industria pesante. Lo sviluppo industriale degli stati lacustri ha reso possibile la realizzazione di complessi progetti tecnici per l'estrazione del gas dalle discariche e il suo ulteriore utilizzo. Oltre il 70% dei progetti negli stati occidentali sono in California. Ciò non sorprende, dal momento che è al primo posto nella produzione di rifiuti: 36 milioni di tonnellate all'anno.

Come si ottiene il gas di discarica?

I rifiuti nelle discariche a seguito della decomposizione anaerobica (in assenza di ossigeno) rilasciano gas di discarica. La decomposizione dei rifiuti avviene sotto l'influenza di batteri appartenenti a due grandi famiglie: acidogeni e metanogeni. Gli acidogeni producono la decomposizione primaria dei rifiuti in acidi grassi volatili, ovvero, dal grasso si ottiene la massima resa di metano. I metanogeni convertono gli acidi grassi volatili in metano CH₄ e anidride carbonica CO₂. Di conseguenza, il gas di discarica è costituito per circa il 50% da metano CH₄, 50% CO₂, comprese le piccole impurità H₂S e altre sostanze organiche.

Progettazione di discariche

Per ottenere il gas dalle discariche, è necessaria una progettazione speciale della discarica, che non solo consenta la raccolta del gas per il suo ulteriore utilizzo, ma soddisfi anche gli standard ambientali senza inquinare il suolo e le acque sotterranee.

Il fondo della fossa scavata viene ricoperto da una geomembrana e poi ricoperto da uno strato di argilla spesso un metro. La geomembrana è un moderno materiale impermeabilizzante che può svolgere anche funzioni di drenaggio. Tale protezione è creata per impedire la penetrazione di prodotti di lisciviazione nel suolo e nelle acque sotterranee. I rifiuti vengono portati a strati, alla fine di ogni giornata vengono compattati con macchine a rulli e ricoperti con una copertura giornaliera, uno strato di argilla spesso 15-30 cm, necessario per ridurre la puzza ed evitare la dispersione dei rifiuti sotto l'influenza del vento e degli uccelli. Dopo aver riempito la fossa di detriti, viene coperta con un tetto e un rivestimento protettivo. La copertura è costituita da argilla compattata, stesa in uno strato più spesso sopra i detriti rispetto alla copertura quotidiana e alle geomembrane. La copertura protettiva è costituita da uno strato di terreno e copertura vegetale.

La fossa è dotata di strutture ingegneristiche per la rimozione dei prodotti della decomposizione dei rifiuti liquidi e gassosi. Pozzi e tubi vengono posati nel corpo del pozzo e vengono installate apparecchiature di pompaggio. Il metano generato a seguito della decomposizione dei rifiuti viene raccolto da una discarica ed entra in uno scrubber, un apparecchio per la pulizia del gas utilizzato per pulire i mezzi gassosi dalle impurità in vari processi chimici e tecnologici. Un metodo per purificare il gas proveniente da una discarica si basa sul lavaggio del gas con un liquido, solitamente acqua. Questo metodo consente di rimuovere particelle di polvere e aerosol dal gas.

Dopo la pulizia nello scrubber, il gas entra nel compressore, dopodiché può essere già utilizzato. Il gas di discarica viene utilizzato direttamente per generare calore e vapore e anche come carburante per veicoli. Il gas risultante può essere utilizzato anche come combustibile per la produzione di elettricità. Per questo vengono utilizzate installazioni di turbine a gas e pistoni a gas.

Impatto negativo del gas di discarica

Nonostante le ampie possibilità di utilizzo del gas di discarica e gli evidenti aspetti positivi del suo utilizzo, questo gas presenta anche una serie di svantaggi. Contiene un'enorme quantità di sostanze tossiche e nocive che sono estremamente pericolose per la salute e la vita umana. Il biogas ottenuto dalle discariche ha un effetto dannoso sulla vegetazione attorno alla discarica e sulla sua superficie. In assenza di una corretta gestione della sua formazione e raccolta, la distruzione del corpo della discarica avviene a causa del rilascio della pressione del gas al suo interno. Infine, il gas di discarica è un gas serra.

Le questioni relative alla formazione di gas nelle discariche di rifiuti solidi e alla riduzione al minimo del suo impatto sull'ambiente sono molto rilevanti. L'estrazione e l'ulteriore utilizzo del gas dalle discariche rappresentano le soluzioni più accettabili, promettenti e giustificate dal punto di vista ambientale ed economico. La produzione di gas di discarica richiede tutta una serie di misure costose per la sua estrazione, purificazione e trasporto.

Produzione mondiale di gas da discarica

I volumi di produzione annua di gas sono presentati nella Tabella 1, da cui si evince che l'utilizzo globale del gas di discarica è di circa 1,2 miliardi di m³ all'anno, che equivale a 429mila tonnellate di metano ovvero l'1% della sua emissione globale. Il volume del gas estratto è trascurabile rispetto al volume della sua formazione. Al momento, è troppo presto per parlare di gas di discarica come una novità carburante alternativo. Tuttavia, la presenza di colossali giacimenti di rifiuti e il miglioramento delle tecnologie per l'estrazione e la purificazione dei gas di discarica suggeriscono che la sua importanza aumenterà in futuro.

Autore: Lyubov Melnikova, Facoltà di Geografia, Università statale di Mosca

Fonti di informazione

1. Agenzia internazionale per l'energia iea.org
2.worldenergyoutlook.org
3. Gonopolsky A. M. Sulla questione dell'uso sul mercato del biogas prodotto nelle discariche

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