La cogenerazione con motori endotermici e le emissioni

Impianti di cogenerazione con motore endotermico

Con il termine cogenerazione, nota anche con l’acronimo CHP (Combined Heat and Power), si identifica un sistema unico e integrato in grado di produrre contemporaneamente energia elettrica e calore da poter utilizzare in diverse maniere, a partire da una singola fonte energetica. Il sistema primario del complesso produttivo è costituito da un motore primario a combustione, un generatore, un sistema di recupero termico e interconnessioni elettriche. Il motore a combustione è in grado di produrre energia elettrica sfruttando la rotazione del motore stesso, recuperando contemporaneamente fluido caldo dal raffreddamento del motore stesso. Il vettore caldo ottenibile, anziché essere un prodotto di scarto, diventa una vera e propria fonte che permette di aumentare l’efficienza media dell’intero impianto, riducendo in termini assoluti il consumo di combustibile e la conseguente emissione di CO₂ in atmosfera. In funzione del tipo di impianto, il vettore termico recuperabile può essere semplice acqua calda, vapore saturo per utenze industriali o vapore surriscaldato per turbine a vapore e utenze.
 
Gli impianti di cogenerazione trovano ampia diffusione in tutte quelle situazioni in cui il carico elettrico richiesto dall’utenza rimane pressoché costante nell’arco delle 24 ore, in quanto è conveniente che i motori utilizzati funzionino continuativamente.
 
I contesti applicativi principali riguardano per esempio:

• Presidi ospedalieri;
• Stazioni aeroportuali;
• Data Center;
• Industrie con produzione continuativa su più turni;
• Aziende del settore alimentare e farmaceutico (Per le quali è richiesto anche la produzione di vapore).

 
Gli impianti di cogenerazione hanno evidenti vantaggi in termini economici. Basti pensare che un impianto di cogenerazione, se dimensionato correttamente, consente risparmi energetici dell’ordine del 25-40%, con un conseguente pay-back dell’investimento che si attesta attorno ai 36-50 mesi.
 
Il rendimento degli impianti di cogenerazione è dell’ordine del 70-85%, il cui valore se preso in modo asettico e decontestualizzato, sembrerebbe essere di primo acchito un valore molto basso, ma nella realtà è elevato se confrontato col 50-60% degli impianti nuovi a ciclo combinato per la sola produzione di elettricità.

Le emissioni degli impianti di cogenerazione endotermici

Il ciclo dei motori di cogenerazione produce sostanzialmente i seguenti agenti inquinanti:

• Ossidi di Carbonio – CO;
• Idrocarburi incombusti – HC;
• Ossidi di azoto – NOx.

 
La sezione di scarico dei gas combusti dei sistemi di cogenerazione è caratterizzata da una serie di apparecchiature che permettono il recupero di calore dai fumi di combustione, e i sistemi di trattamento. Tali elementi vanno dimensionati in modo corretto al fine di evitare che la perdita di carico complessiva non superi la contropressione dei fumi in uscita dai cilindri del motore.
 
Per garantire l’abbattimento dei suddetti inquinanti e mantenerli entro i limiti legislativi vigenti e livello nazionale o a livello regionale, in alcuni casi, dove i limiti risultano essere più restrittivi, vengono utilizzate specifiche strumentazioni che vengono si seguito descritte.
 
CATALIZZATORI
I catalizzatori sono apparecchiature in grado di accelerare la reazione di ossidazione anche a temperature relativamente basse (300 °C) senza subire esse stesse cambiamenti chimici permanenti, abbattendo gli ossidi di azoto, il monossido di carbonio, gli idrocarburi, la formaldeide e i particolati.  I catalizzatori sono costituiti e caratterizzati da un elemento estraibile che permette la sostituzione e la manutenzione del substrato catalitico attraverso una apposita flangia di ispezione che permette anche la semplice verifica dello stato dell’elemento filtrante, riducendo i tempi di intervento ed evitando così la rimozione dell’intero corpo dalla linea di scarico.
 
TRATTAMENTO DI RIDUZIONE CATALITICA ELETTIVA – SCR
Il processo di riduzione catalitica selettiva degli ossidi di azoto, meglio conosciuto con l’acronico SCR (Selective Catalyst Reduction), garantisce l’eliminazione degli ossidi di azoto trasformandoli in composti inerti nei confronti dell’ambiente, quali azoto e vapore acqueo. Per garantire il processo di abbattimento viene utilizzato un agente chimico riduttivo iniettato allo stato liquido sui gas di scarico del cogeneratore a valle del catalizzatore. Solitamente l’agente chimico utilizzato è ammoniaca o urea. Il riducente ha la caratteristica specifica di assorbire l'Ossigeno, limitando così la formazione di NOx all'interno del gas di scarico.