In breve, la pirolisi produce una miscela di gas combustibili, spesso chiamata "syngas" o "gas di pirolisi". Non si tratta di un singolo gas ma di una miscela composta principalmente da idrogeno (H2), metano (CH4), monossido di carbonio (CO), anidride carbonica (CO2) e vari altri idrocarburi leggeri (CnHm). La composizione esatta dipende fortemente dal materiale trattato e dalle condizioni specifiche della reazione di pirolisi.
Il punto fondamentale è che la pirolisi non crea un gas specifico. Invece, genera una miscela di gas combustibile variabile la cui composizione – e quindi il suo valore e la sua utilità – è determinata da due fattori chiave: il materiale iniziale (materia prima) e la temperatura del processo.
Decomporre il gas di pirolisi
La pirolisi è la decomposizione termica dei materiali ad alte temperature in un ambiente povero di ossigeno. Questo processo scompone materiali organici complessi in tre tipi distinti di prodotti: un solido (biochar), un liquido (bio-olio) e un gas.
I componenti gassosi chiave
Il gas prodotto è una raccolta di gas non condensabili, il che significa che rimangono allo stato gassoso dopo che i liquidi condensabili (come bio-olio e catrame) sono stati separati.
I componenti primari che troverai in questa miscela sono:
- Idrogeno (H2): Un combustibile a combustione pulita e ad alta energia.
- Monossido di carbonio (CO): Un gas combustibile che rilascia energia quando bruciato.
- Metano (CH4): Il componente principale del gas naturale, ha un significativo valore combustibile.
- Idrocarburi leggeri (CnHm): Altre semplici molecole di gas organico che contribuiscono al valore combustibile.
- Anidride carbonica (CO2): Un sottoprodotto non combustibile.
Fattori che dettano la produzione finale
Non è possibile considerare la produzione di gas in isolamento. Fa parte di un sistema in cui la regolazione di una variabile modifica la resa di tutti e tre i prodotti (solido, liquido e gas).
Il ruolo della materia prima
Il materiale di partenza modifica fondamentalmente la produzione. La composizione chimica della materia prima determina i blocchi costitutivi disponibili per i prodotti finali.
Ad esempio, la pirolisi della biomassa come il legno produrrà una miscela equilibrata di carbone, olio e syngas. Al contrario, la pirolisi del metano è un processo specializzato progettato specificamente per produrre carbonio solido e idrogeno gassoso ad alta purezza.
L'impatto della temperatura di processo
La temperatura è la leva di controllo più significativa per determinare le rese dei prodotti. Esiste una relazione diretta tra il calore e lo stato dei prodotti finali.
Temperature più basse, tipicamente intorno ai 400–500 °C, favoriscono la produzione del prodotto solido, il biochar. Le molecole complesse non hanno abbastanza energia per scomporsi completamente.
Man mano che la temperatura aumenta oltre i 700 °C, le molecole della materia prima si scompongono più accuratamente in molecole più semplici e leggere, il che favorisce la produzione di bio-olio liquido e syngas gassoso.
Comprendere le applicazioni pratiche
Il gas prodotto durante la pirolisi è raramente un prodotto di scarto. È parte integrante del processo e un prezioso prodotto con diversi usi chiave.
Alimentare il processo di pirolisi
L'applicazione più comune per il gas di pirolisi è usarlo come fonte di combustibile per generare il calore richiesto per il reattore di pirolisi stesso. Questo crea un ciclo energetico autosufficiente, riducendo significativamente l'energia esterna necessaria per far funzionare l'impianto.
Generazione di calore ed elettricità
Se c'è un surplus di gas oltre a quanto necessario per sostenere la reazione, può essere utilizzato per altri scopi. Può essere bruciato in una caldaia per generare calore per processi industriali o utilizzato per alimentare un motore o una turbina per produrre elettricità.
Fare la scelta giusta per il tuo obiettivo
La configurazione "migliore" della pirolisi dipende interamente dal prodotto finale desiderato. È necessario regolare il processo per soddisfare il proprio obiettivo primario.
- Se il tuo obiettivo principale è il sequestro del carbonio o l'amendamento del suolo: Opera a temperature più basse (400-500°C) con una materia prima di biomassa per massimizzare la resa di biochar solido.
- Se il tuo obiettivo principale è la produzione di combustibili liquidi: Opera a temperature più elevate (oltre 700°C) per favorire il cracking dei materiali nei liquidi condensabili che formano il bio-olio.
- Se il tuo obiettivo principale è la generazione di combustibile a idrogeno pulito: Utilizza un processo specializzato come la pirolisi del metano, che è specificamente progettata per scindere il metano in idrogeno gassoso e carbonio solido.
In definitiva, la pirolisi è uno strumento termochimico versatile per convertire un'ampia gamma di materiali in prodotti energetici e chimici di maggior valore.
Tabella riassuntiva:
| Componente del gas | Descrizione | Esempi comuni di materia prima |
|---|---|---|
| Idrogeno (H₂) | Combustibile a combustione pulita, ad alta energia | Metano, Biomassa |
| Metano (CH₄) | Componente principale del gas naturale | Biomassa, Plastica |
| Monossido di carbonio (CO) | Gas combustibile per energia | Biomassa, Materiali di scarto |
| Anidride carbonica (CO₂) | Sottoprodotto non combustibile | Tutti i materiali organici |
| Idrocarburi leggeri (CₙHₘ) | Semplici molecole di gas organico | Plastica, Gomma |
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