Compost heat recovery systems (CHRS): a sustainable solution for heat production

Settore scelto: Transizione energetica, Economia circolare

Descrizione tesi

Lo scopo fondamentale di questa ricerca è stato lavorare su un CHRS (Compost heat recovery system) con un approccio scientifico per monitorare e raccogliere dati sulle emissioni di energia termica in base a differenti iniezioni di materie prime esterne (siero di latte) e per ottimizzare il processo e la manutenzione del sistema. Questo progetto è iniziato con la costruzione di un CHRS in scala reale di circa 38 m^3 con un volume interno di cippato pari a 25 m^3. Inoltre, è stata installata una serra contenente due radiatori, riscaldata attraverso il calore prodotto dal termocompost, avente dimensioni di 2,5 m x 1,9 m x 1,95 m, per un volume totale di 7,6 m^3. Tre sonde sono state posizionate a tre diversi livelli all’interno del corpo del reattore per misurarne la temperatura interna mentre altre due sonde sono state installate per misurare le temperature esterne e quelle interne alla serra. Sono state aggiunte ulteriori sonde di temperatura, due riguardanti il circuito del termocompost e due riguardanti il circuito dei radiatori per misurare la temperatura del fluido di scambio durante i suoi passaggi di ricircolo tra la sorgente di calore (impianto) e lo scambiatore di calore (radiatori). Infine, è stato installato un contacalorie per il monitoraggio dei valori di resa termica. Sin dalla costruzione dell’impianto, sul campione solido sono stati analizzati parametri di processo come solidi totali e solidi volatili, nonché potere calorifico inferiore, eseguendo un test calorimetrico. Sono stati analizzati il carbonio organico totale, il TKN, l’ammoniaca e il pH sia sul percolato prodotto che sul siero inserito. Il TKN è stato misurato attraverso una procedura di distillazione-titolazione dopo una fase di digestione acida, mentre l’ammoniaca è stata misurata attraverso una procedura di distillazione-titolazione. Durante il periodo di monitoraggio, per stimolare i microrganismi ad aumentare i tassi di produzione di calore e prolungare la durata di vita del CHRS, sono state fornite varie alimentazioni esterne di siero di latte, una sostanza organica facilmente biodegradabile e ricca di sostanze nutritive. Le prove di estrazione del calore hanno avuto inizio dopo la prima aggiunta di siero. L’impianto produce calore in modo continuo essendo un processo biologico, ma il calore è stato estratto ad intervalli specifici, modificati di settimana in settimana. Bisogna tenere presente che, a parità di portata, viene estratto più calore al diminuire della temperatura dell’acqua di ritorno ma riscaldare l’acqua per conduzione può avere l’effetto collaterale di raffreddare la pila di materiale organico, inibendo l’azione microbica. Inoltre, minore è la temperatura all’interno della serra, maggiore è il calore scambiato: i valori puntuali di potenza dipendono dalle temperature puntuali all’interno della serra e quindi sono direttamente influenzati dalle temperature esterne. Si è quindi deciso di avviare la prova di estrazione del calore per un numero limitato di ore durante le ore notturne, quando le temperature esterne erano più miti rispetto a quelle diurne. È stata impostata una temperatura dell’acqua di ritorno al termocompost pari a 25°C ed una temperatura di esercizio del radiatore pari a 45°C in modo che potesse dissipare tutto il calore. Il processo biologico è stato monitorato in base ai valori delle temperature interne ed esterne, mentre le prove di massimizzazione dell’estrazione del calore avevano lo scopo di valutare i valori massimi di resa termica, in particolare i valori puntuali di potenza (kW) ed i relativi valori cumulati di energia (MWh) prodotta. I dati sono stati registrati continuamente ogni 15 minuti e archiviati nell’interfaccia grafica online “WebGarage” e sono stati successivamente oggetto di studi ed analisi.

Progetto di Gallinaro Giacomo