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Biorefining del residuo agro-industriale pula di riso: integrazione ed aggiornamento dei risultati sperimentali sulla produzione di bio-idrogeno e delle analisi economico-ambientali

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Biorefining del residuo agro-industriale pula di riso: integrazione ed aggiornamento dei risultati sperimentali sulla produzione di bio-idrogeno e delle analisi economico-ambientali

L’obiettivo dell’attività è la produzione di bioidrogeno e l’estrazione di composti bioattivi ad alto valore commerciale da pula di riso, nel contesto dei processi di valorizzazione energetica di biomasse e, quindi, in un’ottica complessiva di “Economia Circolare”. Il presente rapporto presenta integrazioni ed aggiornamenti dell’attività sperimentale e l’applicazione dei metodi Life Cycle Assessment e Life Cycle Costing nella produzione di bioidrogeno con il metodofermentativo bi-stadio.

La valorizzazione bioenergetica della biomassa scelta, pula di riso, è basata sul concetto di Bioraffineria ed ha compreso in serie le seguenti attività: l’estrazione di composti bioattivi; la produzione di BioH2, mediante digestione anaerobica in reattori bi-stadio e la destinazione d’uso del residuo finale (digestato). Le attività connesse alle 3 fasi sono state condotte nel triennio passato dove è stata messa a punto e ottimizzata, a scala di laboratorio e successivamente a scala pilota, una metodologia di produzione di BioH2. Dai risultati ottenuti con l’attività sperimentale sono state condotte delle valutazioni energeticoambientale e economiche.

A completamento ed integrazione del lavoro illustrato nel precedente rapporto, vengono presentati i risultati di ulteriore sperimentazione condotta che non era stato possibile analizzare precedentemente.

Considerando la condizione operativa potenzialmente più interessante (HRT 3,5 giorni, 20% di pula normale), che ha fornito i massimi assoluti di produzione stabile di BioH2 a circa 2,74 dm3H2/dm3dig per giorno, è stata aggiornata la valutazione energetico-ambientale, attraverso l’applicazione della metodologia Life Cycle Assessment (LCA), considerando prodotti evitati (risparmio di utilizzo di fertilizzanti artificiali in virtù delle caratteristiche chimiche del digestato in uscita) o senza prodotti evitati. Dai risultati emerge che il sistema di produzione di bioidrogeno, quando considerati i prodotti evitati, porta ad un risparmio di energia totale di 21,18 MJ a fronte di un consumo di 1,72 MJ di rinnovabili per ogni m3 di BioH2 prodotto.

Inoltre, considerando prodotti evitati, le emissioni totali di gas serra sono stimate in circa 0,96 kg CO2 eq per m3 di BioH2 prodotto, quindi una buona alternativa in termini di emissioni gas serra, dal momento che, ad esempio, emette meno della metà rispetto al processo di elettrolisi ed è comparabile allo steam reforming di gas naturale.

Dalla analisi di sensibilità eseguita, è possibile affermare che gli impatti ambientali cambiano considerevolmente in funzione del tipo di fertilizzante considerato nel calcolo dei prodotti evitati.

È stata inoltre applicata la Life Cycle Cost Analysis (LCC), una metodologia per la valutazione economica dei progetti che si basata sul calcolo della totalità dei costi. Il LCC del processo di produzione di BioH2 è stato calcolato tenendo come unità funzionale e confini del sistema gli stessi della analisi LCA. L’LCC unitario del processo di produzione di BioH2 considerato è pari a 13,39 euro/kg (1,13 euro/m3). Dall’analisi probabilistica dell’incertezza, tramite il metodo Monte Carlo, risulta l’LCC unitario medio di 15,17 €/kg, valore superiore a quello di riferimento e ai costi di produzione dell’idrogeno tramite per esempio elettrolisi alimentata da rinnovabili.

Dallo studio effettuato, il metodo di produzione di BioH2 considerato appare come una modalità di produzione non ancora in grado di essere competitiva dal punto di vista economico con le principali tecnologie attualmente in commercio (steam reforming ed elettrolisi alcalina alimentata da rete), ma che può essere paragonabile ad altre tecnologie sperimentali attualmente in fase di sviluppo.

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