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Articolo aggiornato il 18/02/20 da Susha Cheriyadath

La pirolisi è un processo di decomposizione chimica di materiali organici a temperature elevate in assenza di ossigeno. Il processo avviene in genere a temperature superiori a 430 ° C (800 ° F) e sotto pressione. Coinvolge simultaneamente il cambiamento della fase fisica e della composizione chimica ed è un processo irreversibile. La parola pirolisi è coniata dalle parole greche ” pyro “che significa fuoco e” lisi ” che significa separazione.

La pirolisi è comunemente usata per convertire i materiali organici in un residuo solido contenente ceneri e carbonio, piccole quantità di liquidi e gas. La pirolisi estrema, d’altra parte, produce carbonio come residuo e il processo è chiamato carbonizzazione. A differenza di altri processi ad alta temperatura come l’idrolisi e la combustione, la pirolisi non comporta la reazione con acqua, ossigeno o altri reagenti. Tuttavia, poiché non è praticamente possibile ottenere un ambiente privo di ossigeno, una piccola quantità di ossidazione si verifica sempre in qualsiasi sistema di pirolisi.

Tipi di reazioni di pirolisi

Esistono tre tipi di reazioni pirolitiche differenziate in base al tempo di lavorazione e alla temperatura della biomassa.

Pirolisi lenta

La pirolisi lenta è caratterizzata da lunghi tempi di permanenza di solidi e gas, basse temperature e basse velocità di riscaldamento della biomassa. In questa modalità, le temperature di riscaldamento vanno da 0,1 a 2 °C (32,18 a 35,6 °F) al secondo e le temperature prevalenti sono quasi 500°C (932°F). Il tempo di permanenza del gas può essere superiore a cinque secondi e quello della biomassa può variare da minuti a giorni.

Durante la lenta pirolisi, catrame e salmerino vengono rilasciati come prodotti principali mentre la biomassa viene lentamente devolatilizzata. Le reazioni di ripolimerizzazione/ricombinazione si verificano dopo che le reazioni primarie hanno luogo.

Pirolisi flash

La pirolisi flash si verifica a velocità di riscaldamento rapide e temperature moderate tra 400 e 600 °C (752 e 1112 °F). Tuttavia, il tempo di permanenza del vapore di questo processo è inferiore a 2s. La pirolisi flash produce meno quantità di gas e catrame rispetto alla pirolisi lenta.

Pirolisi veloce

Questo processo viene utilizzato principalmente per produrre bio-petrolio e gas. Durante il processo, la biomassa viene rapidamente riscaldata a temperature da 650 a 1000 °C (da 1202 a 1832 °F) a seconda della quantità desiderata di bio-petrolio o gas prodotti. Il char viene accumulato in grandi quantità e deve essere rimosso frequentemente.

Pirolisi a microonde

La pirolisi rapida ha dimostrato di beneficiare dell’uso del riscaldamento a microonde. La biomassa assorbe tipicamente molto bene le radiazioni a microonde, rendendo il riscaldamento del materiale altamente efficiente-proprio come il riscaldamento a microonde degli alimenti, può ridurre il tempo necessario per avviare le reazioni di pirolisi e riduce notevolmente l’energia necessaria per il processo. Poiché il riscaldamento a microonde può avviare la pirolisi a temperature complessive molto più basse (a volte fino a 200-300 °C), è stato trovato che il bioolio prodotto contiene concentrazioni più elevate di sostanze chimiche più termicamente labili e di valore più elevato, suggerendo che il bioolio a microonde potrebbe essere usato come sostituto del petrolio greggio come materia prima per alcuni processi chimici.

I tipi di reattori di pirolisi utilizzati nell’industria

Alcuni dei reattori utilizzati nel processo di pirolisi includono quanto segue:

I pirolizzatori a letto fluido a bolle

I letti fluidizzati sono generalmente semplici da costruire e progettare rispetto ad altri tipi di reattori. I pirolizzatori a letto fluido a bolle hanno una grande capacità di accumulo di calore, un migliore controllo della temperatura, eccellenti caratteristiche di trasferimento del calore e un migliore contatto gas-solidi. In questo pirolizzatore, il tempo di permanenza dei vapori e dei solidi è controllato dalla portata del gas fluidificante. Durante la reazione di pirolisi, il char funge da catalizzatore nei vapori di cracking. Il char viene finalmente raccolto dai processi di trascinamento.

Letti fluidi circolanti e letto trasportato

I pirolizzatori a letto fluido circolanti hanno caratteristiche simili a quelle dei pirolizzatori a letto ribollente escludendo che il tempo di permanenza dei vapori e del carbone sia più veloce a causa di velocità del gas più elevate. Questi pirolizzatori hanno un migliore contatto gas-solido, un’elevata capacità di elaborazione e un potenziale per affrontare solidi coesivi che altrimenti potrebbero essere abbastanza difficili da fluidificare in letti fluidificati a bolle.

Pirolizzatore ablativo

Il pirolizzatore ablativo, d’altra parte, è stato progettato in modo che il calore trasferito da una parete calda del reattore ammorbidisca la materia prima sotto pressione. Grandi particelle di materia prima possono essere pirolizzate in questo pirolizzatore poiché le velocità di reazione non sono influenzate dal trasferimento di calore attraverso la particella di biomassa. Questi pirolizzatori assicurano un elevato movimento relativo tra la parete del reattore e la particella e un’alta pressione della particella sulla parete del reattore caldo. Evita la necessità di gas inerte e quindi la sua attrezzatura per il trattamento è piccola e il sistema di reazione è più intenso.

Quali sono i vantaggi della pirolisi?

I principali vantaggi della pirolisi sono i seguenti:

• È una tecnologia semplice e poco costosa per l’elaborazione di un’ampia varietà di materie prime.
• Riduce i rifiuti che vanno in discarica e le emissioni di gas serra.
• Riduce il rischio di inquinamento delle acque.
• Ha il potenziale per ridurre la dipendenza del paese dalle risorse energetiche importate generando energia dalle risorse interne.
• La gestione dei rifiuti con l’aiuto della moderna tecnologia di pirolisi è poco costosa rispetto allo smaltimento in discarica.
• La costruzione di una centrale di pirolisi è un processo relativamente rapido.
• Crea diversi nuovi posti di lavoro per le persone a basso reddito in base alle quantità di rifiuti generati nella regione, che a sua volta fornisce benefici per la salute pubblica attraverso la pulizia dei rifiuti.

Applicazioni della pirolisi

Alcune delle principali applicazioni della pirolisi includono quanto segue:

• È ampiamente usato nell’industria chimica per produrre metanolo, carbone attivo, carbone e altre sostanze dal legno.
• Il gas sintetico prodotto dalla conversione dei rifiuti mediante pirolisi può essere utilizzato nelle turbine a gas o a vapore per la produzione di elettricità.
• Una miscela di pietra, terra, ceramica e vetro ottenuta da rifiuti pirolitici può essere utilizzata come materiale da costruzione – scorie da costruzione o per il riempimento di rivestimenti di copertura della discarica.
• Svolge un ruolo importante nella datazione al carbonio-14 e nella spettrometria di massa.
• Viene utilizzato anche per diverse procedure di cottura come caramellare, grigliare, friggere e cuocere.