Il presente rapporto descrive le attività di Ricerca di Sistema svolte nell’ambito del Progetto Produzione e Fonti Energetiche, relativamente al Work Package 1.3 dal titolo “Tecnologie innovative che migliorino le prestazioni ambientali dei cicli combinati” Viene esaminato concisamente il problema dell’inquinamento ambientale dovuto all’esercizio di un impianto a ciclo combinato sottolineando che gli sviluppi tecnologici delle turbine a gas hanno permesso di ridurre in modo significativo la quantità emessa di CO, UHC, NO x e SO x e delle particelle solide o liquide, che sono sempre sono presenti in parti per milione, sia per l’aumento dell’efficienza che per un controllo più accurato del processo di combustione. Sono state svolte delle considerazioni sulla formazione termica degli NO x evidenziando l’influenza esercitata dalla temperatura della fiamma adiabatica, dalle caratteristiche progettuali della turbina a gas e dalle condizioni operative e si precisa che la componente di origine organica non è soggetta ad alcun controllo. Sono anche fornite delle indicazioni sulla classificazione della materia particolata in funzione del raggio aerodinamico delle particelle che ha una influenza considerevole sul tempo della loro permanenza nell’atmosfera. È stato esaminato il problema della misura della concentrazione degli NO x quando i suoi valori sono molto bassi e si è evidenziata la considerevole importanza pratica in relazione al monitoraggio continuo delle emissioni e alla certificazione del rispetto dei criteri BACT. È stato rimarcato che la misura della concentrazione delle particelle PM10 ha un considerevole risvolto legale per l’esercizio di una turbina a gas poiché l’EPA richiede che il suo valore risulti uguale o inferiore a 10 µgm −3 . È stato documentato che la produzione della materia particolata dipende dalle caratteristiche della turbina a gas come risulta dalle prestazioni della macchina Alstom GT26. Sono stati richiamati brevemente i processi globali che descrivono il principio di funzionamento della tecnologia SCONOx/EMx, che consente di distruggere simultaneamente le specie inquinanti NO x , CO e VOC e il particolato fine presenti nei gas esausti mediante l’impiego di un unico sistema catalitico, e di quella SCOSOx per la rimozione degli SO x . L’impiego del letto di guardia SCOSOx è essenziale per proteggere il catalizzatore EMx che è molto sensibile all’avvelenamento da zolfo. Entrambe le tecnologie, basate sull’impiego di un catalizzatore ossidante costituito da un metallo del gruppo del platino e da una fase assorbente, sono del tipo trappola perché fissano chimicamente gli NO x e gli SO x . Nel caso del sistema EMx la fase assorbente è K 2 CO 3 e la cattura di NO 2 la trasforma in una miscela di KNO 2 e KNO 3 sino al raggiungimento del livello di saturazione in corrispondenza del quale l’effetto trappola diventa trascurabile.

La riconversione dei nitriti e nitrati in K 2 CO 3 è ottenuta con il processo di rigenerazione che viene eseguito facendo passare una corrente gassosa costituita da H 2 O, H 2 e CO 2 all’interno dei moduli catalitici. In presenza degli SO x la degradazione dell’assorbente è irreversibile perché la stabilità del composto K 2 SO 4 impedisce la sua rimozione durante la fase di rigenerazione del letto catalitico. Per ripristinare le caratteristiche iniziali del sistema EMx è essenziale sottoporlo a lavaggio chimico con una soluzione acquosa di K 2 CO 3 . La rigenerazione del letto di guardia SCOSOx viene effettuata seguendo la stessa procedura. L’esame della documentazione relativa all’esercizio del sistema EMx nelle installazioni effettuate negli Stati Uniti evidenzia senza alcuna ambiguità che il suo impiego consente di operare entro i limiti raccomandati dall’Air Resources Board dal momento che il valore massimo della concentrazione degli NO x emessi al camino risulta generalmente ppmvd @ 15% di O2.5< 2 e che in qualche circostanza il loro livello è risultato ppmvd @ 15% di O1; 2 . Occorre tuttavia precisare che il raggiungimento della prestazione ottimale richiede in generale una manutenzione accurata e che la frequenza del lavaggio chimico dei moduli catalitici può essere differente da quella raccomandata da EmeraChem. Si deve anche sottolineare che la tipologia dell’applicazione sembra influenzare le prestazioni del sistema SCONOx/EMx così che occorre effettuare le modifiche imposte dall’esigenza di una integrazione ottimale. Sul piano commerciale va segnalato che il sistema EMx è attualmente disponibile per turbine a gas con una potenza nominale minore o uguale a 43 MW. Lo studio del comportamento del sistema catalitico Pt/K 2 CO 3 /γ-Al 2 O 3 mediante l’impiego della tecnica DRIFTS ha evidenziato l’importanza dei siti K per la fissazione dei gruppi e chiarendo così che l’approccio macroscopico è parzialmente inadeguato per la descrizione di un catalizzatore di ossidazione/adsorbimento. È stata inoltre accertata l’esistenza di una forte competizione tra i gruppi e per l’occupazione dei siti K che causa una riduzione consistente dell’efficienza del catalizzatore a fissare le molecole NO 2 NO – 3 NO – 2 CO – 3 NO – 2 . La presenza di H 2 O ha un effetto benefico sulle prestazioni del catalizzatore perché la destabilizzazione del legame K−CO 2 favorisce la cattura di NO 2 . Infine la rassegna sullo stato dell’arte della tecnologia XONON ha messo in evidenza che, nonostante sia stata provata la sua maturità industriale e sia stata accertata la considerevole compatibilità ambientale in relazione alle emissioni del CO e degli NO x , attualmente la sua commercializzazione è a rischio anche nel caso delle turbine a gas della potenza nominale di 1.4 MW in seguito all’interruzione degli accordi di collaborazione tra Catalytica Energy Systems, Inc. e Kawasaki per la fornitura dei combustori catalitici.