Verso il trattamento energetico delle acque reflue utilizzando la tecnologia attuale
Mentre gran parte dell’industria europea per il trattamento delle acque reflue, con efficienza energetica incrementale, sta cercando di raggiungere la neutralità energetica (in cui il trattamento genera la stessa quantità di energia consumata), la ricerca indica che il livello di ambizione potrebbe essere molto più alto. Gli studi sottolineano il fatto che la trasformazione delle acque reflue negli impianti di trattamento potrebbe già offrire una nuova fonte di energia rinnovabile, senza compromettere le prestazioni. Infatti, è stato calcolato che l’energia chimica potenziale contenuta nelle acque reflue municipali europee è di circa 87 500 GWh all’anno. Il progetto POWERSTEP (Full scale demonstration of energy positive sewage treatment plant concepts towards market penetration), finanziato dall’UE, si è prefisso di mostrare come sia possibile realizzare impianti di trattamento delle acque reflue a energia positiva senza altre fonti esterne di energia rinnovabile, utilizzando solo il potere del fango. Il concetto generale di POWERSTEP potrebbe essere realizzato, sulla base di sei casi di studio su vasta scala distribuiti in quattro paesi, per ogni fase essenziale del processo. Traendo vantaggio dal coinvolgimento dei partner industriali, il progetto è stato in grado di passare a dimostrazioni su larga scala, aprendo la strada a una rapida introduzione sul mercato e supportando i piani aziendali dei fornitori di tecnologia partecipanti. Tecnologie di integrazione POWERSTEP è stato istituito per integrare le diverse singole valutazioni della tecnologia sviluppate nei casi di studio precedenti al progetto. Ciò ha consentito ai ricercatori di ottimizzare interi processi quali la modellazione e la progettazione del sistema di trattamento, la gestione globale dell’energia e del calore, l’impronta di carbonio e opzioni di progettazione integrata. La prima fase centrale del concetto di impianto di trattamento delle acque reflue POWERSTEP per consentire la neutralità energetica, o anche la positività energetica, è l’estrazione del carbonio. L’estrazione di fanghi di depurazione ricchi di carbonio (con una percentuale di estrazione dell’80 % possibile grazie alla tecnologia POWERSTEP) consente un forte aumento della produzione di biogas. Per quanto riguarda i metodi di trattamento perfezionati a tal fine, il team ha approfondito il miglioramento dell’estrazione del carbonio (pre-filtrazione), i processi innovativi di rimozione dell’azoto (quali controllo avanzato, la deammonificazione tradizionale, reattore a lenticchie d’acqua), il gas ottenuto dall’elettricità (potenziamento del biogas) con un approccio «smart grid», i concetti di calore/potenza (concetti di recupero termoelettrico in unità combinate di calore e potenza, ciclo di Rankine a vapore, accumulo di calore) e il processo innovativo di trattamento delle acque (nitratazione, stripping della membrana dell’ammoniaca). Come spiega il dott. Christian Loderer: «In tutta l’UE, l’autoapprovvigionamento di energia dalle acque reflue, vale a dire la produzione di biogas per la produzione di elettricità, è a livelli molto diversi. In alcuni paesi, come Olanda e Germania, l’autoapprovvigionamento è elevato ma non raggiunge la neutralità energetica del 100 % (tranne in pochissimi casi). Altri paesi, in particolare nell’Europa orientale, hanno un autoaprovvigionamento molto basso, perdendo il 50-80 % del potenziale energetico delle loro acque reflue». Ciò mette in evidenza l’esistenza di una serie di ostacoli da superare, tra cui il fatto che il biogas derivante dal trattamento delle acque non sia ancora accettato come energia rinnovabile di qualità, rispetto al biogas derivante dalle colture energetiche. Questo nonostante gli effetti collaterali negativi del biogas derivante da colture quali la creazione di monocolture di mais, l’eccessiva applicazione di fertilizzanti e il rilascio di nutrienti nell’ambiente acquatico. Al contrario, il biogas dei fanghi di depurazione non presenta questi effetti collaterali negativi. Contribuire all’economia circolare POWERSTEP, con i suoi esempi pratici relativi a come produrre al meglio energia rinnovabile dalle acque reflue, contribuisce in modo significativo ai tentativi dell’UE di transitare verso un’economia circolare, guidata dalle ambizioni di sostenibilità in tutta la società, l’economia e l’ambiente. Questo fatto è stato recentemente sottolineato da Dominique Ristori, direttore generale della DG Energia della Commissione europea, il quale ha descritto POWERSTEP come «estremamente ben posizionato nel considerare le priorità dell’Unione dell’energia». Inoltre, dati i costi dell’elettricità per gestire gli impianti di trattamento, pari a circa 2 miliardi di euro l’anno, i risparmi potrebbero essere notevoli. Il dott. Loderer sostiene che se i comuni seguissero l’approccio POWERSTEP, anche i cittadini dell’UE beneficerebbero direttamente di una bolletta energetica ridotta. «Il trattamento delle acque reflue neutro dal punto di vista energetico non è più un’illusione: abbiamo dimostrato che oggi è assolutamente possibile grazie alle tecnologie all’avanguardia disponibili sul mercato», afferma il dott. Loderer. E con l’impianto di trattamento delle acque reflue di Altenrhein in Svizzera, ora dotato di un’unità di recupero di azoto su vasta scala, che è stata studiata nel dettaglio dal partner di POWERSTEP, EAWAG, l’interesse sta crescendo. Guardando al futuro, il dott. Loderer aggiunge che «il trattamento dell’energia positiva, fino al 140-170 %, è anche possibile, ma richiede ancora più lavoro per quanto concerne l’affidabilità della tecnologia e la fattibilità economica, per la messa a punto di sistemi su vasta scala». Nell’immediato, come prova di concetto che dimostra che la tecnologia funziona sia su piccola che su larga scala, il team sta discutendo con i principali partner industriali del progetto su come stabilire una rete di piccoli impianti di trattamento delle acque reflue che vada a implementare in parte gli approcci di POWERSTEP.
Parole chiave
POWERSTEP, acque reflue, impianto di trattamento, economia circolare, energia rinnovabile, produzione di elettricità, biogas, sostenibilità