Celle a combustibile microbiche e Power-to-gas: le nuove frontiere dell'energia pulita dai reflui
L'acqua sporca, spesso considerata un rifiuto, si rivela una risorsa inestimabile per la produzione di energia pulita. Attraverso tecnologie innovative come le celle a combustibile microbiche e il processo Power-to-gas, è possibile trasformare i contaminanti presenti nelle acque reflue in elettricità e combustibile.
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L'acqua sporca, spesso considerata un rifiuto, si rivela una risorsa inestimabile per la produzione di energia pulita. Attraverso tecnologie innovative come le celle a combustibile microbiche e il processo Power-to-gas, è possibile trasformare i contaminanti presenti nelle acque reflue in elettricità e combustibile.
Le celle a combustibile microbiche sfruttano l'attività dei batteri per convertire la materia organica in energia elettrica, offrendo un doppio vantaggio: la produzione di energia pulita e la depurazione delle acque. D'altra parte, il processo Power-to-gas permette di utilizzare l'energia eolica in eccesso per produrre idrogeno, che combinato con la CO2 presente nei gas di depurazione, genera metano iniettabile nelle reti del gas esistenti.
Queste soluzioni innovative non solo contribuiscono alla lotta al cambiamento climatico, ma aprono anche nuove prospettive per un'economia circolare, dove i rifiuti diventano risorse.
Processo di purificazione delle acque reflue
Il viaggio delle acque reflue comincia negli scarichi degli edifici e prosegue attraverso le reti fognarie. Prima di essere restituita all’ambiente l’acqua sporca viene raccolta da collettori che la portano agli impianti di depurazione. Il primo passaggio è di solito il sollevamento delle acque: l’acqua viene spinta verso l’alto per poi subire le varie fasi di trattamento. Il primo step di trattamento vero e proprio è la grigliatura: l’acqua passa attraverso speciali griglie che fermano il materiale inquinante più o meno grossolano. Nell’acqua sono presenti sabbia e olii. Nel processo di dissabbiatura, la sabbia è lasciata sedimentare naturalmente in vasche da cui poi è aspirata.
Schema di un impianto di depurazione. Clicca sull’immagine per ingrandire
La disoleatura è la ripulitura dell’acqua da grassi e olii: viene inserita aria nelle vasche per fare affiorare gli olii e i grassi.
Segue un processo di sedimentazione in vasche di sedimentazione (trattamento primario)
Successivamente l’acqua passa al trattamento con ossidazione biologica. Nella vasca viene immessa aria: l’ossigeno nutre i batteri presenti nell’acqua che si cibano così delle sostanze organiche. Con l’aggregazione dei batteri si formano fiocchi di fanghi che precipitano al fondo perché più pesanti.
Siamo giunti così alla fine della linea acque che ci ha restituito un’acqua pulita. Ma c’è un ultimo passaggio. Molto spesso infatti l’acqua deve subire un altro trattamento: la disinfezione. L’acqua è disinfettata per togliere ogni residuo nocivo, prima di essere immessa nell’ambiente.
Terminata la linea acque, l’impianto di depurazione non ha esaurito il suo compito. Sono rimasti infatti i fanghi. I fanghi vengono recuperati dal fondo delle vasche di sedimentazione e sono trattati di nuovo. Subiscono processi di ispessimento e di disidratazione per poi essere smaltiti con più facilità.
Il ciclo antropico dell’acqua è concluso: dall’ambiente a case, città, imprese e di nuovo in natura.
Le celle a combustibile microbiche (MFC)
Uno studio indiano prevede l’utilizzo delle acque reflue per produrre energia.
Le celle a combustibile microbiche (MFC) sono sistemi bioelettrochimici che sfruttano le attività metaboliche dei batteri per generare elettricità. I batteri presenti nelle acque reflue si nutrono dei contaminanti organici e, attraverso processi chimici naturali, producono elettroni.
Il sistema converte l'energia chimica della materia organica o dei biocarburanti in energia elettrica, offrendo significativi benefici ambientali, con la decontaminazione dell'acqua come vantaggio primario.
In sintesi, la produzione di elettricità MFC comporta ossidazione biocatalizzata anodica, trasferimento di elettroni microbici, conduzione di elettroni a circuito esterno e riduzione catodica di ossidanti.
Tuttavia, l'applicazione pratica delle MFC incontra delle limitazioni dovute alla loro potenza di uscita relativamente bassa.
Power-to-gas: le acque reflue diventano metano
E’ in corso la fase pilota di un’iniziativa pionieristica presso l’impianto di depurazione di Schönerlinde, situato nel distretto di Barnim. Qui, un progetto all’avanguardia è stato avviato con l’intento di esplorare la fattibilità di produrre idrogeno verde utilizzando le acque reflue pre-trattate. Questo processo innovativo si avvale dell’elettrolisi, che è alimentata dall’energia eolica in eccesso prodotta dalle turbine di proprietà dell’azienda Berliner Wasserbetriebe, che è responsabile, fra le altre cose, del trattamento delle acque reflue della capitale.
Il progetto, che ha ricevuto un sostegno finanziario di 3,2 milioni di Euro dal governo federale tedesco, è incentrato su un processo noto come “power-to-gas“. L’idea alla base di questa tecnologia è semplice ma potenzialmente rivoluzionaria: l’elettricità verde, generata dalle turbine eoliche, viene utilizzata per scindere le molecole d’acqua in idrogeno e ossigeno attraverso un processo di elettrolisi. L’idrogeno viene combinato con il gas che deriva dai processi di depurazione, che è ricco di CO2, per produrre gas metano ed introdotto senza problemi nelle reti di distribuzione del gas esistenti.
Schema del processo Power-to-gas
In Galles energia pulita dai fanghi
I fanghi di depurazione, sottoprodotto del trattamento delle acque reflue, saranno utilizzati per produrre idrogeno. Il progetto si chiama “Make Your Poo Work For You”
Il biogas viene prodotto dai batteri che scompongono i fanghi di depurazione in grandi vasche e li trasformano in biosolidi (materiale tipo compost) e biogas.
Il progetto prevede di convertire i fanghi in combustibile a idrogeno per alimentare la flotta di veicoli dell'azienda.
Futuro prossimo, Depuratori 2.0, se le acque reflue diventano fonte di energia pulita
La Repubblica, Energia pulita da scarichi e acque reflue: il circuito virtuoso nel Galles
Il Mitte, Trasformare le acque reflue in energia pulita: un progetto tedesco
Allegri Ecologia, Funzionamento e schema di un impianto di depurazione
Chemical Engineering Journal, N/NiO-ornated graphitic fiber-engrained micro-carbon beads: Innovative packed bed type capacitive electrodes for microbial fuel cells, Volume 499, 1 November 2024, 156018
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