Spreco di cibo, talee da giardino, letame, e anche le acque reflue umane possono essere trasformate in biocarbone solido per la generazione di energia, e, se ingrandito, potrebbe aiutare a far incontrare la domanda industriale di carbonio con la necessità di eliminare i rifiuti organici e ridurre le emissioni di gas serra.

L'Europa ha un problema di rifiuti organici. Invece di utilizzare il materiale ricco di carbonio per il carburante, milioni di tonnellate di rifiuti organici vengono scaricati in discarica, dove si decompone ed emette gas serra.

Allo stesso tempo, l'UE importa milioni di tonnellate di carbone per uso industriale e produzione di energia. Ciò porta una materia prima soggetta a catene di approvvigionamento vulnerabili, aumenta le emissioni di carbonio e da cui l'UE mira a ridurre la sua dipendenza.

Gli sforzi per far fronte a questi squilibri potrebbero trovare una soluzione nel biocarbone, un prodotto a zero emissioni di carbonio ottenuto da rifiuti organici che può essere utilizzato come fonte di energia, materie prime industriali o anche come un modo per immagazzinare carbonio, piuttosto che emetterlo nell'atmosfera.

'La tecnologia (Biocoal) può svolgere un ruolo importante (nel mercato), in primo luogo perché recuperiamo materiale di alto valore, in secondo luogo perché è veloce, e terzo … perché può evitare la CO ₂ emissioni, "ha detto Marisa Hernandez Latorre, il fondatore e amministratore delegato della società di tecnologia sostenibile Ingelia, con sede a Valencia, Spagna.

Un modo per rendere il sostituto del carbone è un processo noto come carbonizzazione idrotermale (HTC), che utilizza acqua surriscaldata in pressione per produrre carbone biologico in poche ore. Normalmente ci vogliono milioni di anni perché il carbone fossile si formi geologicamente.

"È davvero un processo molto semplice e stabile, perché agisce come un'accelerazione della formazione naturale del carbone, "Ha detto Hernandez Latorre.

Ingelia ha sviluppato un processo HTC proprietario per tre impianti di biocarbone:in Spagna, Regno Unito e Belgio, con una capacità totale di 8, 000 tonnellate di carbone biologico all'anno. Molti altri sono in attesa di approvazione normativa e dovrebbero raddoppiare la capacità nei prossimi due anni.

"HTC biocoal ... non solo evita l'uso di carbon fossile nei processi industriali, ma anche l'emissione di metano dalla discarica, "Hernandez Latorre ha detto, aggiungendo che la tecnologia può recuperare fino al 95% del carbonio dai rifiuti organici.

Il metano è un gas serra ancora più potente dell'anidride carbonica e una fonte notevole sono le discariche. L'Europa abbandona ogni anno milioni di tonnellate di rifiuti organici in discarica, e anche dove i siti hanno sistemi di cattura del metano, una parte consistente del gas può fuoriuscire.

Pentola a pressione

Sono stati sviluppati diversi metodi HTC, ma il processo generalmente funziona sulla falsariga di una pentola a pressione, sebbene gli ingredienti vadano da residui della lavorazione di alimenti o bevande, rifiuti agricoli, scarti dell'industria forestale come trucioli e segatura, a pannocchie di mais e liquami.

I rifiuti organici vengono immessi in un dispositivo noto come reattore, a temperature da 180°C-250°C sotto pressione dell'ordine di 2 megapascal (MPa) o 20 atmosfere. Ciò significa che l'acqua nell'impianto è surriscaldata, invece di essere convertito in vapore.

Il reattore converte i solidi nel materiale organico in biocarbone duro, noto anche come idrochar, mentre i liquidi possono essere raccolti separatamente e utilizzati come biofertilizzante e gli eventuali gas emessi vengono catturati e utilizzati per alimentare il sistema.

Il carbone biologico ha caratteristiche simili indipendentemente dai rifiuti organici utilizzati, sebbene diverse materie prime influenzino la qualità determinando il contenuto di ceneri. Le condizioni nel reattore distruggono i patogeni ei prodotti risultanti sono sterili. La poltiglia di carbone può anche essere lavorata per rimuovere pietre o schegge di vetro o metallo, prima di essere compresso in bricchette o pellet.

Il processo HTC di base di Ingelia può utilizzare i rifiuti alimentari, Per esempio, produrre biocarbone simile alla lignite fossile, comprendente circa il 60% di carbonio. Questo hydrochar può quindi passare attraverso passaggi aggiuntivi per produrre biocarbone "designer" di valore più elevato, rimozione di ceneri e sostanze volatili per garantire un contenuto di carbonio fino al 90%, in grado di competere con il carbon fossile di prima qualità.

"Possiamo utilizzare (ulteriore elaborazione) per personalizzare il prodotto finale, recuperare dal biomateriale esattamente ciò di cui hanno bisogno per i processi industriali, in un'economia circolare (sistema), "Ha detto Hernandez Latorre.

Gas serra

Hernandez Latorre afferma che la ricerca interna di Ingelia mostra che tra 6,5 ​​e 8,3 tonnellate di CO ₂ equivalenti sono evitati per tonnellata di biocarbone HTC prodotta, rispetto ad un'operazione di discarica con o senza sistema di recupero del metano.

Dice che il biocarbone può avere un valore di mercato di 170 euro per tonnellata per l'idrocarburo di base, a più di 400 euro per tonnellata per il biocarbone di prima scelta con il più alto contenuto di carbonio, a seconda della sua destinazione d'uso.

Ingelia ha combinato i risultati di diversi progetti di ricerca nel suo processo HTC e sta puntando la sua tecnologia verso le industrie che si basano sul carbone, trattamento delle acque reflue, che ha a che fare con i rifiuti organici, e produttori di energia che si stanno allontanando dalla produzione di energia a carbone verso le rinnovabili.

Con il calo dei prezzi del carbone e la domanda nel rallentamento economico causato dalla pandemia di COVID-19, potrebbe volerci del tempo prima che il biocarbone sostituisca i combustibili fossili nell'industria in tutto il mondo. Ma offre una soluzione per coloro che sono obbligati a gestire i rifiuti organici e a soddisfare il piano dell'UE per diventare a emissioni zero entro il 2050.

Hernandez Latorre, che il 12 giugno è stata nominata Mission Innovation Champion dell'UE per il suo lavoro nella ricerca sull'energia pulita, lo vede giocare un ruolo sempre più importante nei prossimi 10-15 anni.

"Il mercato è davvero preparato ad accettare o implementare nuove tecnologie, l'unica cosa è che devono essere sufficientemente sviluppati su larga scala, " lei ha aggiunto.

Le industrie hanno bisogno di una disponibilità di mercato sufficiente di carbone biologico per pianificare in anticipo la sostituzione dei combustibili fossili. E gli investitori vogliono essere sicuri di avere abbastanza rifiuti organici da trattare e l'impegno degli utenti a prendere i loro prodotti prima di investire in sofisticate unità HTC che potrebbero costare centinaia di migliaia o addirittura milioni di euro.

Bassa tecnologia

Questi costi di avviamento sono proibitivi in ​​molti paesi in via di sviluppo, anche se i rifiuti organici rappresentano un problema in tutto il mondo.

Ma a basso costo, una versione low-tech che utilizza le feci umane per produrre biocarbone e fertilizzante potrebbe portare un doppio beneficio nei luoghi in cui le persone non dispongono di servizi igienici, ha detto il ricercatore sudcoreano Dr. Jae Wook Chung.

Vede il potenziale sia per generare reddito per le comunità sia per affrontare i loro problemi ambientali e di salute causati da escrementi non trattati, citando l'OMS stima che 673 milioni di persone debbano defecare all'aperto - per strada, dietro i cespugli o in mare aperto.

La ricerca ha dimostrato che i reattori HTC possono essere realizzati per meno di € 20, 000, ma il Dr. Chung mira a utilizzare un progetto chiamato FEET per sviluppare un sistema ancora più semplice, modello più economico che può essere utilizzato in poveri, comunità ad alta densità come la baraccopoli di Kibera nella capitale del Kenya, Nairobi.

Prevede un sistema delle dimensioni di un barile di petrolio, realizzato con tubi in acciaio inossidabile disponibile come fornitura per l'edilizia in molti paesi in via di sviluppo. E vuole monitorare la temperatura e la pressione dall'esterno del reattore, evitando costose sonde.

Il Dr. Chung si concentrerà anche sui modi per garantire una fornitura sostenibile di rifiuti per la lavorazione, magari attraverso lo svuotamento organizzato di latrine a fossa o gabinetti portatili, e per dimostrare i vantaggi economici del biocarbone e del fertilizzante liquido.

Vede rendere redditizio un sistema igienico-sanitario per la comunità come la chiave per renderlo sostenibile, e alla fornitura di servizi igienici nelle regioni che attualmente ne sono prive.

'(Il) beneficio economico aiuterebbe anche coloro che hanno una barriera culturale all'uso dei servizi igienici convenzionali ad allontanarsi dalla defecazione all'aperto, " Egli ha detto.