Upgrading biologico in-situ mediante metanogenesi idrogenotrofa del biogas prodotto da fanghi di depurazione : sperimentazione in continuo e valutazione economica

The generation of energy from renewable sources plays a fundamental role in the reduction of greenhouse gas emissions on a global scale and can potentially replace fossil fuels, in the face of the growing and continuous demand for energy at global level. However, renewable sources are characterized by fluctuating and intermittent productions, which make the coexistence of a system capable of converting the electricity produced in a form of storable energy indispensable. The Power-to-Gas technology consists in the integration of systems for the production of renewable electric energy, used to convert water by electrolysis into hydrogen used for the production of methane, a storable energy carrier. In this context, the biological upgrading of biogas to biomethane through hydrogenotrophic methanogenesis represents an alternative for Power-to-Gas applications, as well as an innovative method for upgrading biogas with respect to the technologies currently available on the market. The method exploits the bacterial metabolism to produce biomethane thanks to the presence of hydrogen, derived from electrolysis, integrating in this way two renewable energy sources. However, the methodology is currently in a premature development stage, finding the only application in tests carried out on a pilot scale.

La generazione di energia da fonti rinnovabili ricopre un ruolo fondamentale nella riduzione delle emissioni di gas serra a scala globale e offre un’enorme potenzialità per la sostituzione delle energie fossili, a fronte della crescente e continua richiesta di energia a livello globale. Tuttavia, le fonti rinnovabili sono caratterizzate da produzioni fluttuanti e intermittenti, che rendono indispensabile la compresenza di un sistema in grado di convertire l’energia elettrica prodotta in una forma di energia stoccabile. La tecnologia Power-to-Gas consiste appunto nell’integrazione di sistemi per la produzione di energia elettrica rinnovabile, utilizzata per convertire in processi elettrolitici l’acqua in idrogeno, utilizzato per la produzione di metano, un vettore energetico stoccabile. In questo contesto l’upgrading biologico del biogas a biometano tramite metanogenesi idrogenotrofa rappresenta un’alternativa per le applicazioni Power-to-Gas, oltre che un metodo innovativo per l’upgrading del biogas rispetto alle tecnologie attualmente disponibili in commercio. Il metodo sfrutta il metabolismo batterico per la produzione di biometano grazie alla presenza dell’idrogeno, derivato da elettrolisi, integrando in questo modo due fonti energetiche rinnovabili. Tuttavia, la metodologia si trova ad oggi in uno stadio di sviluppo prematuro, trovando l’unica applicazione in test effettuati su scala pilota. L’oggetto della presente tesi magistrale riguarda lo studio del processo di upgrading biologico mediante metanogenesi idrogenotrofa in-situ, che prevede la conversione dell’anidride carbonica endogena e dell’idrogeno in metano, tramite alimentazione di idrogeno esogeno nel reattore di digestione anaerobica.