IT201900003455A1 - Processo per la desalinizzazione di biomasse lignocellulosiche. - Google Patents
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Description
PROCESSO PER LA DESALINIZZAZIONE DI BIOMASSE LIGNOCELLULOSICHE
DESCRIZIONE
Il presente trovato ha come oggetto un procedimento per il trattamento desalinizzante di biomasse lignocellulosiche, particolarmente per facilitarne la combustione, e per il recupero di sali utilizzabili come fertilizzanti naturali.
Le biomasse lignocellulosiche costituiscono un'alternativa sempre più importante ai combustibili fossili, trattandosi di fonti di energia rinnovabili capaci di ridurre le emissioni di anidride carbonica (CO2) responsabile del riscaldamento globale.
Infatti, in Europa e nel mondo intero il loro recupero e utilizzo come combustibile nei forni, nelle caldaie e anche nelle stufe di riscaldamento domestico, sotto forma di legna, cippato e "pellet" (pastiglie), è in progressivo aumento.
Purtroppo la loro combustione comporta controindicazioni rispetto ai combustibili fossili come il gas metano, il GPL o il gasolio, ossia la formazione di ceneri spesso destinate allo smaltimento, incrostazioni corrosive e limitanti lo scambio termico in camera di combustione, combustioni incomplete ed emissione di polveri e vapori dannosi per la salute.
Più precisamente, la formazione di cenere alla base della camera di combustione prende origine dal contenuto in sali minerali a base di calcio, magnesio, sodio, potassio, silicio, cloro, azoto, fosforo e altri, contenuti nel legname e nelle altre biomasse lignocellulosiche in percentuali variabili dallo 0,5% in peso fino ad alcune unità percentuali, raggiungendo il 10% in peso e oltre in paglie e altri biocombustibili. Nel processo di combustione questo contenuto salino si trasforma in sali ossigenati, ossidi e carbonati, tali da formare una polvere complessivamente chiamata cenere, parte della quale si deposita alla base della camera di combustione, parte sulle superfici metalliche di scambio termico ed una significativa parte viene trascinata con i fumi sotto forma di polvere sottile. Quest'ultima alimenta il cosiddetto particolato sottile normalmente misurato nell'atmosfera come PM10 e PM2,5 (particelle di diametro inferiore a 10 micron e 2,5 micron rispettivamente). Inoltre, i sali di azoto, fosforo, zolfo e cloro, che le piante assorbono dai suoli per il proprio sviluppo vegetativo, durante la combustione si trasformano in ossidi di azoto, fosforo, zolfo e acido cloridrico, vapori e aerosol fortemente inquinanti dell'atmosfera e responsabili di gravi danni alla saluta umana e al patrimonio storico ed edilizio in genere.
Naturalmente, le emissioni in atmosfera dei sopra citati inquinanti sono direttamente proporzionali alle concentrazioni dei vari sali minerali contenuti nei biocombustibili. Ad esempio, per un contenuto salino complessivo medio nell'ordine dell'1% in peso, l'azoto è presente nell'ordine della mezza unità percentuale in peso, mentre cloro e zolfo sono nell'ordine del centinaio-migliaio di parti per milione. Mentre le grosse caldaie alimentate a biomassa sono normalmente dotate di sistemi di trattamento e filtraggio dei fumi, potendo così abbattere una parte del particolato e dei vapori di combustione, ciò non è possibile nel caso delle piccole caldaie e stufe per riscaldamento domestico, che per motivi economici sono sprovviste di tali sistemi.
Queste ultime inoltre per motivi di compattezza possono soffrire di combustione incompleta della biomassa, con particolare riguardo alle componenti ligniniche cristalline, per cui possono rimanere molecole aromatiche incombuste (ad esempio IPA, idrocarburi policiclici aromatici) e particelle carboniose incombuste fuoriuscenti dalla camera di combustione. Queste particelle sono responsabili della colorazione nerastra dei filtri utilizzati per la misura delle PM10 e PM2,5 in atmosfera.
Negli ultimi anni un numero crescente di caldaie e stufe alimentate a biomassa (per definizione rinnovabile) ha sostituito quelle a combustibili fossili (metano, GPL, gasolio), riducendo così le emissioni complessive di CO2, ma generando in contropartita incrementi di polveri sottili e di altri inquinanti nell'atmosfera; ad esempio, da elaborazioni ENEA-ISPRA risulta che negli ultimi anni le emissioni di polveri sottili in Italia da riscaldamento domestico sono raddoppiate, passando da 60 a 120 Kt/anno, proprio a causa della conversione di combustibile in atto. Considerando la tendenza globale a un maggior uso di biocombustibili, è previsto un peggioramento di questo problema.
Alcune aree geografiche sono caratterizzate da forte antropizzazione associata a contestuale consumo di biocombustibili ed inoltre soffrono di inversioni termiche e di bassi ricambi atmosferici, specie nei periodi invernali, per cui i vari inquinanti si accumulano in concentrazioni crescenti: è il caso della pianura Padana, ove decine di milioni di persone sono esposte a rischio sanitario significativo.
Un'ulteriore problematica legata alla combustione delle biomasse tal quali è la depauperazione dei suoli da cui dette biomasse provengono, per la mancata restituzione agli stessi dei sali minerali che le piante hanno assorbito per la loro crescita. Salvo rari e recenti casi ove si sta iniziando l'incorporazione delle ceneri in residui organici per ottenere fertilizzanti alternativi a quelli di sintesi, si assiste oggi a una generalizzata perdita di fertilità dei suoli, causata in misura importante dalla mancata fertilizzazione di ritorno degli stessi.
Oggi il 100% dei biocombustibili presenti sul mercato, rappresentati da legna, cippato e pellet, proviene da biomasse lignocellulosiche prive di qualsiasi trattamento desalinizzante, tanto che le classificazioni di qualità derivano da un'attenta selezione delle biomasse di origine, fatta appunto sulla base del contenuto in ceneri delle lignocellulose di origine; come è noto, la legna cosiddetta "da ardere" e il legno cippato subiscono un semplice essiccamento sino ai valori di umidità tipicamente ammessi dal mercato, che sono attorno al 20% in peso di acqua per la legna da ardere e attorno al 35% in peso di acqua per il cippato. I pellet sono invece ottenuti per macinazione del legno essiccato, addizione di materiale agglomerante e compressione con successiva estrusione e sono normalmente commercializzati con una umidità residua fino al 10% in peso.
La desalinizzazione delle biomasse lignocellulosiche non è procedimento facile, perché i sali minerali sono incorporati nelle celle strutturali delle piante nel corso della crescita ed è quindi necessaria la rottura di queste strutture a pareti stratificate e la conseguente disaggregazione delle fibre affinché i sali diventino accessibili al solvente. Peraltro, l'addizione di acqua alla biomassa, necessaria a destrutturare l'impalcatura vegetale ed a solubilizzare il contenuto salino, sarebbe in netto contrasto con i procedimenti oggi in uso, tutti mirati ad essiccare il biocombustibile prima dell'immissione al consumo.
In conclusione, mediante i procedimenti oggi in uso, i biocombustibili non hanno possibilità di essere desalinizzati e le problematiche ambientali e sanitarie qui sopra accennate sono destinate inesorabilmente ad aumentare con l'aumento dell'uso di biocombustibili.
Compito precipuo del presente trovato è quello di eliminare gli inconvenienti sopra descritti nell'uso di biocombustibili, ottenendo un biocombustibile che brucia producendo una quantità ridotta di ceneri, e con ridotta emissione di polveri sottili nell'ambiente.
Altro scopo del presente trovato è quello di permettere il recupero dei sali presenti nelle biomasse lignocellulosiche e il loro impiego come fertilizzanti naturali.
Un altro scopo del trovato è quello di realizzare un processo i cui requisiti termici possano essere soddisfatti da fonti termiche comuni, quali il teleriscaldamento oppure fluidi caldi provenienti da altri processi.
Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un procedimento per il trattamento desalinizzante di una biomassa lignocellulosica comprendente i passaggi di sottoporre una biomassa lignocellulosica macinata a:
a) un lavaggio mediante una soluzione acquosa avente un pH compreso fra 8 e 11,5, preferibilmente fra 8,5 e 11, a una temperatura compresa fra 15 e 90°C a una pressione compresa fra 1 e 15 bar, preferibilmente fra 1 e 8 bar, per un tempo di contatto compreso fra 1 e 50 minuti; b) un lavaggio mediante una soluzione acquosa avente un pH compreso fra 3 e 6, preferibilmente fra 4,5 e 5,5, a una temperatura compresa fra 20 e 100°C, preferibilmente fra 40 e 60°C, a una pressione compresa fra 1 e 15 bar, preferibilmente fra 1 e 8 bar, per un tempo di contatto compreso fra 1 e 100 minuti, preferibilmente fra 3 e 30 minuti.
Gli scopi del presente trovato sono raggiunti anche da una biomassa lignocellulosica desalinizzata comprendente sul residuo secco:
- fino a 2000 ppm di ceneri, come misurato secondo lo standard UNI EN ISO 18122:2016;fino a 100 ppm di azoto, come misurato secondo lo standard UNI EN ISO 16948:2015;
- fino a 50 ppm di zolfo, come misurato secondo lo standard UNI EN ISO 16994:2017; e
- fino a 50 ppm di cloro, come misurato secondo lo standard UNI EN ISO 16994:2017.
Gli scopi del presente trovato sono raggiunti anche dall'uso come biocombustibile della suddetta biomassa lignocellulosica desalinizzata.
Infine, gli scopi del presente trovato sono raggiunti anche dall'uso come fertilizzante delle soluzioni acquose risultanti dai lavaggi a) e b) del processo secondo il trovato o del loro residuo solido dopo essiccamento e granulazione.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla seguente descrizione dettagliata.
In un primo aspetto il presente trovato si riferisce a un procedimento per il trattamento desalinizzante di una biomassa lignocellulosica comprendente i passaggi di sottoporre una biomassa lignocellulosica macinata a:
a) un lavaggio mediante una soluzione acquosa a pH compreso fra 8 e 11,5, preferibilmente fra 8,5 e 11, a una temperatura compresa fra 15 e 90°C, pressione compresa fra 1 e 15 bar, preferibilmente fra 1 e 8 bar, e tempo di contatto compreso fra 1 e 50 minuti;
b) un lavaggio mediante una soluzione acquosa a pH compreso fra 3 e 6, preferibilmente fra 4,5 e 5,5, a una temperatura compresa fra 20 e 100°C, preferibilmente fra 40 e 60°C, pressione compresa fra 1 e 15 bar, preferibilmente fra 1 e 8 bar, e tempo di contatto compreso fra 1 e 100 minuti, preferibilmente fra 3 e 30 minuti.
Il procedimento desalinizzante secondo il trovato può essere condotto secondo diverse forme di realizzazione. In alcune forme di realizzazione il lavaggio alcalino (lavaggio a)) precede il lavaggio acido (lavaggio b)), in altre forme di realizzazione il lavaggio acido (lavaggio b)) precede il lavaggio alcalino (lavaggio a)).
Secondo forme di realizzazione descritte a seguire, il procedimento del trovato permette di realizzare una lavorazione in continuo della biomassa lignocellulosica con una serie di trattamenti consecutivi atti a massimizzare l'efficienza dei lavaggi a) e b) sopra descritti.
In particolare, al fine di rendere i sali presenti nella biomassa lignocellulosica accessibili all'azione dei solventi impiegati nei lavaggi a) e b) è preferibile eseguire un pretrattamento di destrutturazione mirato a distruggere l'involucro di lignina.
Inoltre, la biomassa lignocellulosica è satura di aria nei suoi volumi interstiziali, compresi i volumi racchiusi dai contenitori ligninici. Quest'aria può rendere difficoltoso o anche impedire l'ingresso di acqua nei volumi interstiziali. Pertanto, in una forma di realizzazione preferita del procedimento del presente trovato, prima di aggiungere la necessaria quantità di acqua alla biomassa macinata, si estrae l'aria dalla biomassa lignocellulosica, preferibilmente mediante applicazione del vuoto. Questo trattamento di estrazione dell'aria dalla biomassa favorisce una più efficace migrazione di acqua all'interno degli alveoli ligninici e risulta in una maggiore efficienza del procedimento del trovato.
In una prima forma di realizzazione particolarmente preferita, il procedimento desalinizzante secondo il trovato comprende a monte dei lavaggi a) e b) gli ulteriori passaggi di:
i) macinare la biomassa lignocellulosica; ii) estrarre l'aria dalla biomassa lignocellulosica macinata;
iii) aggiungere acqua alla biomassa lignocellulosica da cui è stata estratta l'aria ottenendo una miscela acqua:biomassa lignocellulosica con un rapporto acqua:biomassa lignocellulosica inferiore a 2:1 in peso, preferibilmente inferiore a 1:1 in peso, detta acqua essendo preferibilmente preriscaldata a una temperatura inferiore a 120°C;
iv) riscaldare e mantenere la miscela acqua:biomassa lignocellulosica a una temperatura compresa fra 80 e 160°C, preferibilmente fra 80 e 135°C; e
v) vaporizzare ad una pressione assoluta compresa fra 0,5 e 25 kPa detta miscela comprendente acqua e biomassa lignocellulosica riscaldata.
La macinazione della biomassa lignocellulosica può essere effettuata mediante un mulino a coltelli o un mulino a martelli, mentre la dimensione dei frammenti può essere misurata per via ottica, mediante conta su un campione rappresentativo usando un vetrino graduato, opzionalmente anche con ausilio di una lente di ingrandimento.
In una forma di realizzazione del procedimento secondo il trovato la biomassa lignocellulosica è macinata in frammenti con una distribuzione dimensionale dove il 50% in volume (D50) dei frammenti ha una dimensione compresa fra 0,1 e 100 mm, preferibilmente dove l'80% in volume (D80) dei frammenti ha una dimensione compresa fra 0,1 e 10 mm.
Il procedimento di pretrattamento attualmente più utilizzato per rompere l'involucro di lignina delle biomasse lignocellulosiche fa ricorso alla cosiddetta "steam explosion", con o senza aggiunta di acidi o altri composti chimici, e consiste nella rottura della struttura della lignina della biomassa provocata mediante una repentina espansione di vapore appositamente iniettato con la biomassa.
Rispetto al processo di steam explosion, ove è il vapore che espande (e solo in parte l'acqua) dalla pressione iniziale a quella atmosferica, il procedimento secondo la prima forma di realizzazione particolarmente preferita sopra descritto comporta un'espansione di maggiori proporzioni, indotta dal passaggio di stato da liquido a vapore dell'acqua contenuta e immessa nella biomassa.
Più precisamente, anziché iniettare vapore nella biomassa, viene addizionata acqua allo stato liquido preferibilmente riscaldata, in quantità prestabilita per ottenere una determinata concentrazione sulla sostanza secca, preferibilmente con modalità tale da favorire la sua penetrazione nell'involucro ligninico. In particolare, l'acqua viene aggiunta in una quantità corrispondente ad un rapporto in peso tra acqua e biomassa lignocellulosica inferiore a 2:1, preferibilmente inferiore a 1:1.
La miscela viene mantenuta compressa e contestualmente riscaldata fino a ottenere temperature comprese fra 80°C e 160°C, preferibilmente fra 80°C e 135°C, prima di procedere con la vaporizzazione (flash).
La vaporizzazione avviene in una camera a pressione inferiore alla pressione atmosferica, ove l'acqua contenuta nella miscela vaporizza (passaggio v.), si espande e frantuma le strutture ligniniche risultando così in una biomassa destrutturata.
In questo modo, dopo la destrutturazione delle fibre vegetali con rottura delle pareti ligniniche responsabili del confinamento delle fibre cellulosiche, emicellulosiche e di buona parte dei sali minerali, questi ultimi si trovano esposti all'azione solvente dell'acqua in un primo passaggio di lavaggio (corrispondente al lavaggio b) del processo del trovato secondo la sua forma di realizzazione più ampia), nel quale si usa una soluzione acquosa leggermente acida e che porta alla solubilizzazione di tutti i sali (ad esclusione di alcuni composti del silicio): dai metalli alcalino-terrosi, agli alcalini, agli elementi tipicamente fertilizzanti come N, P, K, S, ad altri oligoelementi. La componente silicea, che rappresenta una porzione importante sul complesso dei sali presenti, data l'abbondanza di questo elemento sulla terra e nei vari comparti ambientali, risulta invece solo parzialmente dissolta.
Il procedimento secondo la prima forma di realizzazione particolarmente preferita prevede quindi un secondo passaggio di lavaggio (corrispondente al lavaggio a) del processo del trovato secondo la sua forma di realizzazione più ampia), nel quale si usa una soluzione acquosa leggermente alcalina, eventualmente additivata di un composto complessante, per completare la solubilizzazione delle rimanenti porzioni silicee, costituite principalmente da acido ortosilicico, suoi polimeri e silice amorfa. I composti complessanti, se presenti, possono essere selezionati dal gruppo costituito da EDTA (acido etilendiamminotetracetico), sali dell'acido citrico e sali dell'acido ossalico, e sono utilizzati in quantità dell'ordine di grandezza delle parti per milione.
Vantaggiosamente, rispetto alla steam explosion, il procedimento di destrutturazione sopra descritto nei passaggi i-v) utilizza livelli termici decisamente inferiori (al massimo 160°C rispetto ai 180-240°C della steam explosion), permettendo così di sfruttare al meglio le entalpie dei flussi in uscita dal processo.
In una forma di realizzazione preferita del procedimento desalinizzante secondo la prima forma di realizzazione particolarmente preferita, l'acqua aggiunta alla biomassa nel passaggio iii) è preriscaldata a una temperatura inferiore a 120°C.
La successiva desalinizzazione della biomassa destrutturata mediante i passaggi di lavaggio a) e b) può fare ricorso a una delle tecniche note di lavaggio per contatto solido/liquido, ad esempio in colonne di percolazione, in una filtropressa munita di controlavaggio o in una centrifuga munita di lavaggio in controcorrente.
In una forma di realizzazione, il procedimento per il trattamento desalinizzante di una biomassa lignocellulosica secondo la prima forma di realizzazione particolarmente preferita sopra descritta è caratterizzato dal fatto che nel suddetto secondo lavaggio (corrispondente al lavaggio a)) la soluzione acquosa alcalina ha una temperatura compresa fra 20 e 90°C, preferibilmente fra 30 e 60°C, il tempo di contatto della biomassa con la soluzione acquosa è compreso fra 1 e 40 minuti, preferibilmente fra 2 e 20 minuti.
In questa prima forma di realizzazione particolarmente preferita si effettua quindi un primo lavaggio, preferibilmente per percolazione verticale in controcorrente, con acqua calda leggermente acida, seguito da un secondo lavaggio, preferibilmente per percolazione verticale in controcorrente, con acqua calda leggermente alcalinizzata ed eventualmente additivata con un composto complessante, seguito da un’opzionale operazione di compressione (spremitura) della biomassa lignocellulosica uscente dal secondo lavaggio, con spurgo dell’acqua di impregnazione residua.
Detta operazione di spremitura e spurgo consente di ridurre il contenuto di acqua della biomassa da oltre il 50% in peso, prima della spremitura, a circa 30% in peso, in seguito alla spremitura. Si ottiene così la separazione dalla biomassa delle frazioni saline disciolte nell'acqua di impregnazione e si alleggerisce il successivo passaggio di essicamento, necessario per ottenere i sopra menzionati livelli di umidità residua della biomassa lignocellulosica tipicamente ammessi dal mercato.
In un seconda forma di realizzazione particolarmente preferita, il procedimento per il trattamento desalinizzante è caratterizzato dal fatto che il lavaggio a) precede il lavaggio b) e nel suddetto lavaggio a) la soluzione acquosa ha una temperatura compresa fra 15 e 80°C. Pertanto, in questa seconda forma di realizzazione particolarmente preferita, il primo lavaggio è quello con la soluzione acquosa alcalina (lavaggio a)) ed il secondo lavaggio è quello con la soluzione acquosa acida (lavaggio b)).
In una forma di realizzazione, il procedimento per il trattamento desalinizzante di una biomassa lignocellulosica secondo la seconda forma di realizzazione particolarmente preferita è caratterizzato dal fatto che in detto lavaggio a) detta soluzione acquosa ha una temperatura compresa fra 15 e 60°C e il tempo di contatto della biomassa con la soluzione acquosa è compreso fra 2 e 40 minuti.
In questa seconda forma di realizzazione particolarmente preferita il primo lavaggio (lavaggio a)) ha un'azione di destrutturazione in cui si sfrutta la capacità della soluzione alcalina di rammollire le pareti degli edifici cellulari vegetali, esponendo quindi i sali prima all'azione solvente della soluzione acquosa alcalina e poi a quella della soluzione acquosa acida del secondo lavaggio (lavaggio b)), senza necessità di ulteriori passaggi di destrutturazione dell'involucro di lignina.
In particolare, la macinazione della biomassa migliora la permeabilità delle fibre verso l'agente alcalino (ad esempio ammoniaca), il quale inizia a rigonfiare le fibre e nel contempo solubilizza la silice presente in varie forme nella biomassa, dall'acido ortosilicico ai suoi polimeri, dalla silice cosiddetta organica a quella amorfa. Durante il lavaggio alcalino passano in soluzione anche altri elementi, compresi i metalli alcalini, i sali di azoto e altri.
Anche nella seconda forma di realizzazione particolarmente preferita, il lavaggio alcalino (lavaggio a)) può fare ricorso a una delle tecniche note di contatto solido/liquido, ad esempio colonne di percolazione, una filtropressa munita di controlavaggio, una centrifuga munita di lavaggio in controcorrente o altro. Inoltre, nella seconda forma di realizzazione particolarmente preferita il lavaggio con soluzione alcalina non richiede necessariamente il riscaldamento della biomassa.
In qualsiasi delle forme di realizzazione del procedimento qui sopra descritte, la suddetta soluzione acquosa del lavaggio a) può essere una soluzione ammoniacale a una concentrazione compresa fra 0,01M e 0,1M.
Nella seconda forma di realizzazione particolarmente preferita, durante il secondo passaggio di lavaggio b) la biomassa risultante dal lavaggio alcalino entra in contatto con una soluzione acquosa acida, mediante una delle tecniche note di contatto solido/liquido. Vengono così solubilizzati tutti i sali rimasti nella biomassa dal precedente lavaggio, in particolare i metalli alcalino-terrosi.
In una forma di realizzazione, il procedimento per il trattamento desalinizzante secondo il trovato in una qualsiasi delle sue forme di realizzazione sopra descritte è caratterizzato dal fatto che in detto lavaggio b) detta soluzione acquosa è selezionata dal gruppo costituito da una soluzione di acido acetico a una concentrazione compresa fra 10-6 e 10-1 M e una soluzione di acido cloridrico a una concentrazione compresa fra 10-6 e 10-2 M.
La biomassa desalinizzata ottenuta mediante il procedimento del trovato secondo una sua qualsiasi forma di realizzazione può poi essere sottoposta a ulteriori passaggi di disidratazione e densificazione mediante tecniche comunemente impiegate nella produzione di biocombustibili solidi, ad esempio pellet.
Il procedimento per il trattamento desalinizzante di una biomassa lignocellulosica secondo le varie forme di realizzazione qui sopra descritte può comprendere ulteriormente i passaggi di:
i) separare la biomassa lignocellulosica desalinizzata dalle soluzioni acquose risultanti dai lavaggi a) e b);
ii) essiccare la biomassa lignocellulosica desalinizzata ottenuta in i) fino a ottenere un tasso di umidità inferiore a 10% in peso; e
iii) pressare la biomassa lignocellulosica essiccata ottenuta in ii) formando dei pellet.
In una forma di realizzazione, i pellet così ottenuti vengono raffreddati mediante ventilazione con aria a temperatura ambiente.
Dopo la separazione dalla biomassa lignocellulosica desalinizzata, le acque di lavaggio risultanti dai lavaggi a) e b) possono essere utilizzate, separatamente o in combinazione, come fertilizzante liquido, oppure possono essere sottoposte a ulteriori trattamenti finalizzati a separare i sali dall'acqua mediante una delle tecniche note, come ad esempio separazione con membrane semipermeabili o evaporazione multistadio. In questo modo l'acqua può essere riciclata nel processo di desalinizzazione delle biomasse lignocellulosiche mentre i sali, una volta essiccati, possono essere impiegati come fertilizzante solido per uso agricolo, preferibilmente in forma granulare. Il fertilizzante così ottenuto contiene non solo sali minerali, ma anche una parte di sostanze organiche naturali, compresa una parte di emicellulosa parzialmente idrolizzata, che passano nelle soluzioni acquose nelle condizioni operate: ne risulta un fertilizzante complesso N-P-K-Sioligoelementi-organico, completamente naturale e perciò dalla formulazione ideale per restituire ai suoli ciò che le piante hanno asportato con il loro apparato radicale.
In una forma di realizzazione, il procedimento per il trattamento desalinizzante di una biomassa lignocellulosica secondo il trovato comprende quindi gli ulteriori passaggi di:
- separare e riciclare l'acqua dalle soluzioni acquose risultanti dai lavaggi a) e b), ottenendo un residuo solido; e
- essiccare e sottoporre a granulazione il residuo solido.
Il procedimento secondo il trovato consente di ottenere una biomassa desalinizzata con un contenuto salino, misurabile in % di ceneri che è di meno dello 0,2% in peso sul peso del pellet, ovvero meno di un terzo rispetto alla qualità A1 (definita in base alla norma europea UNI EN 14961-5:2011) del pellet in commercio che, dopo combustione, ha un residuo in ceneri fino allo 0,7% in peso rispetto al peso del pellet.
In un secondo aspetto, il presente trovato si riferisce a una biomassa lignocellulosica desalinizzata comprendente sul residuo secco:
- fino a 2000 ppm di ceneri, come misurato secondo lo standard UNI EN ISO 18122:2016;
- fino a 100 ppm di azoto, come misurato secondo lo standard UNI EN ISO 16948:2015;
- fino a 50 ppm di zolfo, come misurato secondo lo standard UNI EN ISO 16994:2017; e
- fino a 50 ppm di cloro, come misurato secondo lo standard UNI EN ISO 16994:2017.
Preferibilmente, la biomassa lignocellulosica desalinizzata di cui sopra è ottenibile mediante il procedimento per il trattamento desalinizzante secondo una qualsiasi delle forme di realizzazione qui descritte.
In un terzo aspetto, il presente trovato si riferisce all'uso come biocombustibile di una biomassa lignocellulosica desalinizzata di cui al secondo aspetto del trovato.
In un quarto aspetto, il presente trovato si riferisce infine all'uso come fertilizzante delle soluzioni acquose risultanti dai lavaggi a) e b) o del loro residuo solido dopo essiccamento e granulazione.
Il presente trovato consente quindi di ottenere una serie di importanti vantaggi rispetto alla tecnica nota:
- l'eliminazione dei sali direttamente dalle biomasse lignocellulosiche prima dell'utilizzo come biocombustibile in caldaia-stufa, con un conseguente abbattimento dell'accumulo di cenere e di incrostazioni nelle camere di combustione e, soprattutto, delle emissioni di PM10, PM2,5, NOx, SO2, HCl e altri vapori acidi e insalubri, a beneficio di ambiente, salute e costi sociali;
- una facilitazione della combustione estesa a tutti i componenti dei biocombustibili, compresi i complessi carboniosi normalmente refrattari alla completa ossidazione con conseguente abbattimento delle emissioni atmosferiche di particelle carboniose, idrocarburi policiclici aromatici, a beneficio di salute e costi per la collettività.
- il recupero come fertilizzante naturale del contenuto salino-organico delle biomasse lignocellulosiche, che permette una compensazione sia del patrimonio salino dei suoli nel pieno equilibrio degli assorbimenti operati dalle coltivazioni, sia del carbonio organico anch'esso assorbito dalle coltivazioni, tutto ciò a beneficio del recupero di fertilità dei suoli;
- un limitato fabbisogno entalpico e soprattutto limitato livello termico del calore necessario, tale da rendere facile e conveniente associare detto procedimento a qualsiasi insediamento produttivo caratterizzato da cascami di calore non recuperabili e perciò dispersi nell'ambiente, ad esempio nelle acque di raffreddamento e/o in aria;
- la possibilità di nobilitare a biocombustibili ecocompatibili biomasse notoriamente ricche di ceneri, come le paglie di riso, le potature di fruttiferi, le ramaglie da pulizia rive, le cortecce e i residui da varie lavorazioni.
Claims (14)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per il trattamento desalinizzante di una biomassa lignocellulosica comprendente i passaggi di sottoporre una biomassa lignocellulosica macinata a: a) un lavaggio mediante una soluzione acquosa a pH compreso fra 8 e 11,5, preferibilmente fra 8,5 e 11, a una temperatura compresa fra 15 e 90°C, pressione compresa fra 1 e 15 bar, preferibilmente fra 1 e 8 bar, e tempo di contatto compreso fra 1 e 50 minuti; b) a un lavaggio mediante una soluzione acquosa a pH compreso fra 3 e 6, preferibilmente fra 4,5 e 5,5, a una temperatura compresa fra 20 e 100°C, preferibilmente fra 40 e 60°C, pressione compresa fra 1 e 15 bar, preferibilmente fra 1 e 8 bar, e tempo di contatto compreso fra 1 e 100 minuti, preferibilmente fra 3 e 30 minuti.
- 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere a monte dei lavaggi a) e b) gli ulteriori passaggi di: i) macinare la biomassa lignocellulosica; ii) estrarre l'aria dalla biomassa lignocellulosica macinata; iii) aggiungere acqua alla biomassa lignocellulosica da cui è stata estratta l'aria ottenendo una miscela acqua:biomassa lignocellulosica con un rapporto acqua:biomassa lignocellulosica inferiore a 2:1 in peso, preferibilmente inferiore a 1:1 in peso, detta acqua essendo preferibilmente preriscaldata a una temperatura inferiore a 120°C; iv) riscaldare e mantenere la miscela acqua:biomassa lignocellulosica a una temperatura compresa fra 80 e 160°C, preferibilmente fra 80 e 135°C; e v) vaporizzare ad una pressione assoluta compresa fra 0,5 e 25 kPa detta miscela comprendente acqua e biomassa lignocellulosica riscaldata.
- 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta biomassa lignocellulosica macinata è in frammenti con una distribuzione dimensionale dove il 50% in volume (D50) dei frammenti ha una dimensione compresa fra 0,1 e 100 mm, preferibilmente dove l'80% in volume (D80) dei frammenti ha una dimensione compresa fra 0,1 e 10 mm.
- 4. Procedimento secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che in detto lavaggio a) detta soluzione acquosa ha una temperatura compresa fra 20 e 90°C, il tempo di contatto della biomassa con la soluzione acquosa è compreso fra 1 e 40 minuti e detto lavaggio b) precede detto lavaggio a).
- 5. Procedimento secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che in detto lavaggio a) detta soluzione acquosa ha una temperatura compresa fra 30 e 60°C e il tempo di contatto della biomassa con la soluzione acquosa è compreso fra 2 e 20 minuti.
- 6. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 3, caratterizzato dal fatto che in detto lavaggio a) detta soluzione acquosa ha una temperatura compresa fra 15 e 80°C e detto lavaggio a) precede detto lavaggio b).
- 7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che in detto lavaggio a) detta soluzione acquosa ha una temperatura compresa fra 15 e 60°C e il tempo di contatto della biomassa con la soluzione acquosa è compreso fra 2 e 40 minuti.
- 8. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che in detto lavaggio b) detta soluzione acquosa è selezionata dal gruppo costituito da una soluzione di acido acetico a una concentrazione compresa fra 10-6 e 10-1 M e una soluzione di acido cloridrico a una concentrazione compresa fra 10-6 e 10-2 M.
- 9. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzato dal fatto che in detto lavaggio a) detta soluzione acquosa è una soluzione ammoniacale a una concentrazione compresa fra 0,01 e 0,1 M.
- 10. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9 comprendente ulteriormente i passaggi di: I) separare la biomassa lignocellulosica desalinizzata dalle soluzioni acquose risultanti dai lavaggi a) e b); II) essiccare la biomassa lignocellulosica desalinizzata ottenuta in I) fino a ottenere un tasso di umidità inferiore a 10% in peso; e III) pressare la biomassa lignocellulosica essiccata ottenuta in II) formando delle pastiglie.
- 11. Procedimento secondo la rivendicazione 10 comprendente ulteriormente i passaggi di: - separare e riciclare l'acqua dalle soluzioni acquose risultanti dai lavaggi a) e b), ottenendo un residuo solido; e - essiccare e sottoporre a granulazione il residuo solido.
- 12. Biomassa lignocellulosica desalinizzata comprendente sul residuo secco: - fino a 2000 ppm di ceneri, come misurato secondo lo standard UNI EN ISO 18122:2016; - fino a 100 ppm di azoto, come misurato secondo lo standard UNI EN ISO 16948:2015; - fino a 50 ppm di zolfo, come misurato secondo lo standard UNI EN ISO 16994:2017; e - fino a 50 ppm di cloro, come misurato secondo lo standard UNI EN ISO 16994:2017.
- 13. Uso come biocombustibile di una biomassa lignocellulosica desalinizzata secondo la rivendicazione 12.
- 14. Uso come fertilizzante delle soluzioni acquose risultanti dai lavaggi a) e b) o del loro residuo solido dopo essiccamento e granulazione.
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