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Dai precedenti post del blog che trattano del biogas, abbiamo appreso che il biogas, proprio come l’energia solare, idroelettrica ed eolica, è una delle fonti di energia rinnovabili. Oltre alle materie prime rinnovabili come il mais e il grano, i rifiuti domestici, i rifiuti organici dell’agricoltura, il letame e i liquami dell’allevamento, nonché gli avanzi di cibo e altri rifiuti biodegradabili delle aziende o del settore privato vengono biodegradati dai batteri in ambiente anaerobico (senza ossigeno), producendo energia. Energia come termine generico, perché l’elettricità e il calore possono essere generati attraverso la combustione nell’unità di cogenerazione o, attraverso un adeguato trattamento del gas, possono essere immessi nella rete del gas naturale. Inoltre, il substrato di fermentazione risultante può essere utilizzato come fertilizzante in agricoltura. Il contenuto di metano dipende dalla composizione del substrato. A seconda di ciò, varia tra il 50 e il 75%. Più alta è la percentuale di metano, più il biogas è adatto a una produzione efficiente di calore ed energia. Il gas naturale convenzionale è una fonte di energia fossile che non è disponibile in quantità illimitate.
Struttura impianto biogas
Efficienza di un impianto di biogas
Il fattore decisivo per l’efficienza di un impianto di biogas non è solo la composizione del substrato, al fine di generare la maggior quantità possibile di metano per la produzione di energia. Un impianto di biogas deve essere a tenuta di gas. Gli scienziati ritengono che il metano sia circa 25 volte più potente dell’anidride carbonica. Pertanto, anche piccole quantità forniscono un notevole effetto serra. Il secondo effetto negativo di una perdita in un impianto di biogas riguarda le conseguenze finanziarie. Se il gas fluisce senza ostacoli nell’atmosfera, non può più essere convertito in energia.
Il grafico seguente mostra un esempio di perdita monetaria causata dalla fuoriuscita di una certa concentrazione di gas allo sfiato:
Questo grafico mostra la perdita monetaria con un foglio di gas a tenuta, dove la concentrazione di gas comunque molto bassa di 250 ppm, misurata nel flusso dell’aria di scarico del contenitore, si diffonde attraverso il foglio inferiore del tetto d’aria di supporto. Se si calcolassero i costi aggiuntivi del substrato dovuti a una lacerazione della pellicola, i costi sarebbero molto più elevati.
Regola tecnica tedesca per la sicurezza degli impianti 120 - Biogas
Il TRAS 120 è un insieme di norme tecniche che riguardano i requisiti di sicurezza per gli impianti di biogas. Il TRAS120 afferma, tra l’altro (estratto):
- che la tenuta dei sistemi a membrana deve essere monitorata. Le installazioni con tale sistema a membrana devono essere gestite con un involucro esterno per garantire il monitoraggio continuo di questo spazio interstiziale. Se il sistema a membrana è un sistema a guscio singolo, deve essere controllato quotidianamente per verificare l’assenza di danni meccanici, almeno settimanalmente per individuare eventuali perdite in punti quali il raccordo del serbatoio e le aperture di ispezione della membrana mediante apparecchiature portatili per la rilevazione del gas e almeno ogni sei mesi mediante metodi ottici sensibili al metano.
- Una prova di tenuta con un metodo ottico adeguato, sensibile al metano, deve essere effettuata dopo tre anni da ogni prova di tenuta.
- Lo spazio tra la membrana di gas e il suo involucro esterno deve essere monitorato in conformità al capitolo 3.5 per rilevare le perdite dalla membrana di gas.
- Il monitoraggio dell’aria di supporto deve essere effettuato sul lato opposto all’ingresso dell’aria. Il flusso d’aria di scarico dello spazio interstiziale deve essere monitorato per rilevare eventuali perdite di biogas. I valori misurati devono essere letti quotidianamente e valutati settimanalmente, se ciò non avviene automaticamente. I valori devono essere documentati. Se l’impianto è soggetto all’ordinanza sugli incidenti rilevanti, il monitoraggio deve essere continuo e i valori devono essere registrati.
Tecnologia di misurazione
Per soddisfare i requisiti della norma TRAS 120, è opportuno controllare il sistema a intervalli regolari con un metodo ottico sensibile al metano. La visualizzazione dei gas mediante una termocamera a infrarossi sfrutta le proprietà specifiche dei gas organici in determinati intervalli di lunghezza d’onda per assorbire una quantità particolarmente elevata di radiazioni termiche. Il campo di lavoro della telecamera IR per gas è limitato a un intervallo di lunghezze d’onda specifico per il metano (7,8 µm) da un filtro a banda stretta, in modo che una minore quantità di radiazioni dallo sfondo dell’immagine raggiunga il rilevatore a matrice sul piano focale, altamente sensibile alla luce, in presenza di gas. La variazione di temperatura che ne deriva provoca un flusso di fotoni. Questo viene convertito in un segnale digitale in un circuito di lettura e quindi visualizzato. Il gas emergente diventa visibile sul display sotto forma di nuvola. L’immagine registrata viene visualizzata in tempo reale e può essere salvata come sequenza filmata a scopo di documentazione.
Dal contesto illustrato, è chiaro che una differenza di temperatura tra il gas e lo sfondo è necessaria come prerequisito di base per la visualizzazione. Poiché la telecamera ha una sensibilità termica di <10 mK (milli-Kelvin), questa condizione è di fatto sempre soddisfatta per le fughe di gas negli impianti di biogas.
Le telecamere a gas non hanno una sorgente di radiazioni. La radiazione ambientale presente nell’atmosfera viene raccolta tramite un oggetto a infrarossi, limitata alla lunghezza d’onda caratteristica del gas tramite un filtro passa-banda e valutata da una serie di sensori raffreddati. Se la radiazione infrarossa viene assorbita da una nube di gas metano, può essere rilevata dalla telecamera in una sequenza video.
Visualizzazione di GasCam
Ispezione regolare per verificare la presenza di perdite
Un altro requisito del TRAS120 stabilisce che il flusso d’aria di scarico dello spazio interstiziale deve essere controllato settimanalmente per verificare l’assenza di perdite. Di seguito sono illustrate due possibilità per garantire una misurazione semplice senza l’uso di un ausilio per arrampicarsi o di una scala.
1a opzione: misurazione tramite tubo flessibile lungo il bordo del contenitore
Come mostrato nell’immagine, dall’apertura di sfiato lungo il bordo del contenitore viene installato un raccordo per il tubo flessibile. Utilizzando un adattatore appropriato e un rilevatore di gas, si ottiene in pochi secondi la concentrazione di gas dello spazio interstiziale in uscita attraverso l’unità di soffiaggio.
Seconda possibilità: misura con set di sonde industriali
Grazie a sonde avvitabili tra loro, è possibile estendere il sistema di sonde fino a 5 metri per misurare, da un lato, la concentrazione di gas del flusso di aria di scarico dal suolo e, dall’altro, per verificare la presenza di perdite in punti più alti, come ad esempio il tetto dell’aria di supporto di un impianto di biogas.
Con le informazioni sul rilevamento delle perdite e sul rilevamento a distanza con l’aiuto di una GasCam, vorrei concludere per il momento la serie di post del blog sul tema del biogas. Sono state trattate le aree più importanti relative alla misurazione dei gas negli impianti di biogas. Partendo dalla protezione personale sugli impianti di biogas, abbiamo affrontato l’analisi, cioè la misurazione delle singole concentrazioni di gas del biogas grezzo, nel secondo articolo del blog. In tutti gli articoli abbiamo affrontato i problemi che si verificano negli impianti di biogas e abbiamo cercato di contrastarli in modo orientato alle soluzioni. Inoltre, sono state illustrate le possibilità di misurazione con l’aiuto di dispositivi di misurazione dei gas.