Produrre energia con la depurazione delle acque. Il progetto Sofcom

Trasformare la depurazione in risorsa con una cella a combustibile ad alta efficienza

[27 marzo 2015]

Il progetto Sofcom, finanziato dalla Commissione europea con 6,2 milioni di euro nell’ambito del VII Programma Quadro, e che vede il Politecnico di Torino come capofila di 10 partner accademici e aziendali di 7 Paesi europei parte dall’obiettivo di coniugare sostenibilità ambientale e massima efficienza energetica, rendendo produttiva dal punto di vista energetico la depurazione delle acque di scarico. «Un processo che . dicono al Politecnico di Torino – applicando il procedimento messo a punto dal progetto, permetterà non solo di ottenere energia elettrica e calore (caratteristica di un sistema cogenerativo), ma anche altri due “prodotti”: acqua pulita e il ri-fissaggio del contenuto di Carbonio del combustibile primario (biogas) in forma di biomassa (alghe) che può essere reimpiegata».

Il prototipo è stato presentato oggi a Torino al seminario “Patrimonio idrico, risorse rinnovabili e ambiente. Il presente e il futuro della depurazione in Europa”, organizzato da SMAT, uno dei partner del progetto, dove – spiega Massimo Santarelli, docente del Dipartimento energia del Politecnico di Torino e coordinatore del progetto, ha sottolineato che «Il prototipo messo a punto prevede la realizzazione di un sistema energetico integrato basato sull’utilizzo di combustibili rinnovabili (biogas da digestione anaerobica e syngas da gassificazione di biomassa) in generatori elettrochimici ad alta efficienza organizzati in configurazione poli-generativa, con recupero completo della CO2 e riutilizzo del Carbonio».

La Sofc è la sigla di Solid Oxide Fuel Cell, la tecnologia di celle a combustibile impiegata, cioè le celle a combustibile ad ossidi solidi che funzionano a circa 800 gradi centigradi e che, come nel progetto Sofcom  possono essere alimentate anche direttamente a gas metano o a biogas. Le Sofc sono la  tecnologia più efficiente tra le varie tipologie di fuel cell disponibili.

I ricercatori del Politecnico spiegano che «Il cuore del sistema è costituito infatti dalla cella combustibile a ossidi solidi che lavora ad alta temperatura e trasforma il biogas, prodotto dal processo bio-chimico finalizzato alla depurazione dalle acque di scarico che confluiscono nei depuratori, in energia elettrica attraverso un procedimento elettrochimico a efficienza maggiore rispetto a quelli tradizionali basati su una macchina termica. Partendo dal biogas – un combustibile rinnovabile – si procede alla separazione dello zolfo e di altri contaminanti, per poi avviare la reazione negli elettrodi di cella che permette di produrre energia elettrica ad alta efficienza (fino al 50% quando di solito a pari condizioni di taglia una macchina termica si attesta intorno al 30-35%). Il sistema è cogenerativo, in quanto consente inoltre il parziale recupero del calore prodotto dalla cella. Da un punto di vista di strategia energetica, il prototipo dimostra come i sistemi SFC (Smart Fuel Cell) possano rappresentare una importante chiave di volta per i sistemi energetici del futuro, basati su combustibili rinnovabili, altissima efficienza di conversione elettrica e recupero totale delle sostanze utilizzate (carbonio, idrogeno, ossigeno), potenzialmente tendenti a realizzare un concetto di poli-generazione (heat&power + chemicals). Inoltre, mentre i fumi, ad esempio, di una macchina a motore termico, vedono la CO2 “annegata” in un grande volume di azoto, con conseguenti maggiori difficoltà per la sua sequestrazione, in una cella SOFC gli esausti anodici, cioè gli scarti del processo, sono già privi di azoto. Questo permette un recupero più semplice della CO2 che può essere separata facilmente dall’acqua con cui è miscelata. Il flusso di CO2 viene così recuperato per il ri-fissaggio del carbonio in forma di biomasse».

Sofcom prevede l’applicazione di questa cella ad altissima efficienza agli impianti di trattamento delle acque ed il prototipo torinese è stato infatti è installato in uno di questi impianti, fra i più grandi d’Europa, che comportano flussi di acqua ricche di nitrati e fosfati. «Questi flussi di acqua – dicono i ricercatori – vengono ripuliti con il passaggio in un foto-bio-reattore in cui si effettua la crescita di colture di alghe, che si nutrono di CO2 recuperata dal processo oltre che di nitrati e fosfati.Questo ultimo passaggio completa il processo, che parte da un combustibile rinnovabile come il biogas, produce energia elettrica di alta efficienza, permette il recupero del calore e utilizza la CO2 per il trattamento delle acque».

Sofcom, che ha preso il via nel novembre 2011, si sta avviando a conclusione ma, grazie ai syuoi risultati, risultati il Politecnico si è aggiudicato il finanziamento per un altro progetto europeo, Demosofc che vedrà come partner anche SMAT e che punta a realizzare un sistema industriale da 175 kW, l’impianto più grande a livello europeo per questo tipo di celle. «Al momento, infatti – spiegano ancora al Politecnico – la tecnologia trova riscontro, per i produttori, in Germania, Inghilterra, Italia, Usa e Giappone, mentre lato utente finale un mercato che ha già dimostrato grandi segnali di interesse è proprio negli impianti per il trattamento delle acque (in particolare in California); i costi della tecnologia sono tutt’ora elevati, anche se l’elevata efficienza nella produzione di potenza dovrebbe permettere, a breve termine, un recupero dei costi sostenuti per l’installazione».

Paolo Romano, amministratore delegato SMAT, conclude: «Il riconoscimento dell’Unione Europea  ha anche un’ulteriore finalità: sviluppare la produzione industriale di un sistema a miglior resa e basso impatto ambientale consentendo un elevato abbattimento dei costi per renderlo più competitivo rispetto ai sistemi tradizionali».