Analisi e ottimizzazione energetica preliminare di un processo di produzione di bioidrogeno tramite dark fermentation

La questione ambientale ed energetica sta muovendo l’interesse politico e scientifico a trovare delle nuove idee nel recupero di energia in un’ottica di sostenibilità. Una possibile soluzione viene proposta dal progetto MODSEN, che consiste nel recuperare energia producendo bioidrogeno da rifiuti organici e da fanghi di depurazione cittadini tramite un processo di dark fermentation, in un’ottica “waste to energy”. Il problema consiste nel valutare se la proposta risulti o meno energeticamente sostenibile. Per questo motivo sono state svolte: una valutazione energetica preliminare del processo di produzione di bioidrogeno, focalizzandosi sul sistema di fermentazione da 480 l, e una stima della produzione di energia elettrica utilizzando il bioidrogeno in una SOFC. La valutazione preliminare è essenziale per poter implementare successivamente gli eventuali accorgimenti e ottimizzazioni nella fase di realizzazione del progetto. A partire da alcuni dati forniti sui componenti utilizzati nel sistema, è stato realizzato un modello del sistema di fermentazione. In seguito, sono stati identificati e stimati i consumi termici, dovuti principalmente alle dissipazioni termiche verso l’esterno, ed elettrici, dovuti principalmente dal motore dell’elica di miscelazione. Per abbattere le dissipazioni termiche viene proposta l’applicazione di un materiale isolante attorno alla camicia del fermentatore, mentre per i consumi elettrici si propone di far lavorare l’elica ad intervalli di acceso-spento pari a 30 secondi. Dai risultati ottenuti si stima una riduzione complessiva dei consumi del 57 % utilizzando nello specifico una schiuma poliuretanica di 40 mm posta sia lateralmente che inferiormente alla camicia riscaldante del fermentatore. Tramite risultati ottenuti da alcuni test in laboratorio su fermentatori di scala più piccola viene stimata la produzione di idrogeno considerando un periodo di lavoro di 5 giorni. Alla fine del quinto giorno si stima una produzione cumulativa di circa 0.8 m3 di H2 corrispondenti a circa 2.53 kWh teorici di energia disponibile. Infine, viene valutata la produzione di energia elettrica ipotizzando una SOFC alimentata da una miscela gassosa con composizione simile a quella derivante dal processo in studio. Al quinto giorno si stima un totale di 1.44 kWh elettrici a cui corrisponderebbe un’efficienza della cella pari al 57%. Complessivamente si calcola di ottenere 56.7 Whel/kgVS o 5.6 Whel/kgTQ.